实时数字信号处理与DSP芯片31张课件

DSP原理及应用1

什么是DSP芯片

DSP： DigitalSignalProcessing DSPs: DigitalSignalprocessors 内部采用程序和数据分开的哈佛结构； 具有专门的硬件乘法器； 广泛采用流水线操作； 提供特殊的DSP

指令；适用于快速实现各种数字信号处理算法。23

IP电话（voiceoverIP）5电动机

方向舵实时性的要求（二）从信号输入到结果输出的延迟必须足够小，即响应时间满足系统的要求。6医疗诊断7为什么要用DSP芯片，而不是模拟器件来对信号进行处理？模拟电路的性能要取决于温度等环境因素。而数字滤波器则基本上不受环境的影响。DSP易于在非常小的宽容度内进行计算，因为其性能并不取决于性能离散的器件组合。一个模拟电路一旦制造出来，其特性（例如通带频率范围）是不容易改变的。使用DSP实现数字信号处理，就可以通过对其重新编程来改变系统的特性。9信号处理方式的比较比较因素模拟方式数字方式修改设计的灵活性修改硬件设计，或调整硬件参数改变软件设置精度元器件精度A/D的位数和计算机字长，算法可靠性和可重复性受环境温度、湿度、噪声、电磁场等干扰和影响大不受这些因素的影响大规模集成尽管已有一些模拟集成电路，但品种较少、集成度不高、价格较高DSP器件体积小、功能强、功耗小、一致性好、使用方便、性能/价格比高实时性除开电路引入的延时外，处理是实时的由计算机的处理速度决定高频信号的处理可以处理包括微波毫米波乃至光波信号按照奈准则的要求，受S/H、A/D和处理速度的限制10能够进行数字信号处理的CPU通用处理器（GPP）采用冯.诺依曼结构，程序和数据的存储空间合二而一8-bitApple（6502），NECPC-8000（Z80）8086/286/386/486/Pentium/PentiumII/PentiumIIIPowerPc64-bitCPU（SUNSparc，DECAlpha,HP）CISC复杂指令计算机,RISC精简指令计算机采取各种方法提高计算速度，提高时钟频率，高速总线，多级Cashe，协处理器等SingleChipComputer/MicroControllerUnit（MCU）具有通用CPU所具有的ALU和CU，还有存储器（RAM/ROM）寄存器，时钟，计数器，定时器，串/并口，有的还有A/D，D/AINTELMCS/48/51/96（98）MOTOROLAHCS05/011ARM7，9，……DSP采用哈佛结构，程序和数据分开存储采用一系列措施保证数字信号的处理速度，如对FFT的专门优化11

DSP芯片的第一步

1978AMI公司1979美国Iintel公司第一个单片DSP芯片。但是这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须的单周期指令功能。

1980年。日本NEC公司μPD7720第一个具有乘法器的商用DSP

芯片。1982日本Hitachi

公司浮点DSP芯片（CMOS工艺）。1983日本Fujitsu公司指令周期120ns

，双内部总线第一个高性能的浮点DSP芯片应是AT&T公司于1984年推出的DSP32。13

第一代（1982）TMS320C1x；第二代TMS320C2x；第三代TMS320C3x；第四代TMS320C40/C44；第五代TMS320C50/C51/C52/C53；第六代TMS320C6000；还有多种不同领域的DSP芯片（P13图1.1）目前最成功：美国德克萨斯仪器公司（Texas

Instruments，TI）14发展趋势从运算速度来看，MAC（一次乘法和一次加法）时间已经从80年代初的400ns（如TMS32010）降低到40ns（如TMS32C40），处理能力提高了10多倍。内部关键的乘法器部件从1980年的占模区的40左右下降到5以下，片内RAM增加一个数量级以上。从制造工艺来看，1980年采用4μ的N沟道MOS工艺，而现在则普遍采用亚微米CMOS工艺。引脚数量从1980年的最多64个增加到现在的200个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加。DSP芯片的发展，使DSP系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降。15DSP厂商的芯片（二）公司/名称芯片/核定点/浮点字长(bits)指令长度(bits)钟频(MHz)IBMC54XDSPCoreFixed161666MentorGraphicsM320C50CoreFixed1616

Siemens(Infineon)TriCoreBothFixed3216/3280CarmelBothFixed1624/48120ZoranZR386xxChipFixed203240ZSPCorporationZSP164xxChipFixed161620017DSP芯片的四大家族AnalogDevices[ADSP-21xx][TigerSharcDSP][SHARCDSP]Lucent[DSP-16xx][DSP16000]Motorola[DSP-56800][DSP563xx]Lucent/Motorola[StarCoreSC100]TexasInstrument[TMS320C2000][TMS320C5000][TMS320C6000]

[TMS320DM640][OMAP]18AnalogDevices

ADSP-21xx

TigerSharcDSPSHARCDSP16-bitDSP，支持定点和浮点运算带8-bit保护位的40-bitACC单周期执行指令多数指令可以条件执行VLIW（超长指令字）结构可以在一个机器周期内执行四条指令该系列DSP具有SIMD（单条指令多个数据）的能力内部集成有大容量的SRAM（第一个TigerSharcDSP集成了6Mbit的RAM）ADI公司的软硬件开发工具：VisualDSP集成开发环境

19Motorola

DSP-56800

DSP563xx16，24-bit定点DSP带有控制功能的DSP可以中断的硬件do循环七级流水，具有条件ALU指令以寄存器为基础的结构与核执行单元并发的六通道DMA操作多数器件工作于3.3V，并兼容5V的I/O；有些器件工作于1.8V,兼容3.3V的I/O，工作于2.7V和70MHz与核并行工作的滤波器协处理器使用OnCE口，通过JTAG接口作片上仿真。CodeWarrior提供集成的开发环境。21Lucent/Motorola

StarCoreSC10016-bit定点DSP核DSP结构可以升级可变长度指令提高代码的效率和并行性更好的C程序编译器22TMS320C5000结构特点 16-bit定点DSP C55x有双MAC单元；C54x有单MAC单元 C55的指令长度可变，且没有排队的限制 C55x有12组总线；C54x有8组总线 工作于0.9V和300MHz综合介绍 C55x和C54x源代码兼容，而C5x和C2x源代码兼容。C54x关注于低功耗，而C55x则将低功耗提到一个新水平：300MHz的C55x和120MHz的C54x相比，性能提高5倍，而功耗则降到六分之一。23TMS320DM64xDSPs特点 针对视频进行优化的VC1/WMV9FullD1SD解码MPEG-2MP@MLSD解码MPEG-4ASPFullD1SD解码 专用视频处理子系统 后端——集成OSD，四个视频DAC，24位数字RGB输出C编 译器与结构结合紧密。 前端——图像缩放工具、影像处理引擎、16位数字输入。 视频编码/解码定点数字信号处理 采用达芬奇技术综合介绍TMS320DM64x架构是一款高度集成的片上系统(SoC)，集成了数字视频所需的许多外部组件，使硬件材料清单成本降低了50%。DM64x器件建立在TI性能卓越的TMS320C64x+™DSP内核基础之上，ARM926处理器、视频加速器、网络外设及外部存储器／存储设备接口等都专门为视频功能进行了调节。TMS320DM6443针对视频编码及解码应用进行了调优，可提供数字视频解码所需要的全部组件，包括带集成式图像缩放工具及画中画(OSD)引擎的模拟及数字视频输出。TMS320DM6446则特别适合视频编码与解码，其专门的视频处理前端添加了视频编码功能，能够捕获各种数字视频格式。25达芬奇（DaVinciTM）技术介绍达芬奇技术是业界第一款集成了DSP处理器、软件、工具以及技术支持的综合型解决方案。适用于开发优化的数字视频终端设备。达芬奇技术由组件优化构成，这些组件可以使数字视频终端设备相互支持：达芬奇处理器 达芬奇处理器基于业界最高性能的DSP平台—TITMS320C6000™，其充分利用了TI最新的C64x+™DSP内核。达芬奇处理器包含基于可扩展、可编程DSP的SoC（可从DSP与ARM内核进行定制），同时还包含优化的加速器与外设，以全方位满足各种数字视频终端设备对价格、性能以及功能等多方面的需求。2629性能指标：CPU：TMS320C6701/6201upto250MHzRAM：8Mb (3.5ns/250MHzAccess/Cycle)

256Mb (6.0ns/166MHzAccess/Cycle)FlashROM：16MbInterface：

Mechanism:PC104

ElectricLevelTTL(+5.0V)andLVTTL(+3.3V)compatibilitywithBUFFERa