DSP原理及应用-TMS320DM6437 课件 第一章：DSP概述

DSP原理及应用

第一章

绪论第一章

绪论

1.1数字信号处理概述1.2DSP芯片1.3DSP系统1.4实验和程序实例1.1数字信号处理概述1.1DSP（数字信号处理）简介

算法研究数字信号处理的实现

1、利用X86处理器完成

2、利用通用微处理器3、利用可编程逻辑阵列（FPGA）

4、利用数字信号处理器

数字信号处理器是具有特定处理单元的、专门用于实时实现各种数字信号处理算法的微处理器。

1.2DSP芯片1.2.1.DSP芯片的发展概况1、第一阶段：DSP的雏形阶段（1980年前后）

20世纪70年代末第一个DSP芯片诞生。

1982年TI公司

第一款商用数字信号处理器。

单指令周期200∽250ns

2、第二阶段：DSP的成熟阶段（1990年前后）

20世纪80年代中期第二代CMOS工艺的DSP芯片TMS320C2x系列

随后,第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32，

第四代DSP芯片TMS320C40/C44等

第五代DSP芯片TMS320C5000系列，

单指令周期为80-100ns。

3、第三阶段：DSP的完善阶段（2000年以后）

第六代DSP芯片TMS320C6000系列。当前运算速度最快

单指令周期可达10ns

左右

1.2DSP芯片1.2.1.DSP芯片的发展概况4、DSP的发展趋势（1）DSP的内核结构将进步改善

（2）运算速度更快、运算精度更高、动态范围更大（3）DSP与MPU、CPU的融合（4）DSP和SOC的融合（5）DSP和FPGA的融合（6）实时操作系统RTOS与DSP的结合（7）DSP的并行处理结构（8）功耗越来越低（9）开发工具1.2.2.DSP芯片的特点（1）存储器采用哈佛结构微处理器的存储器结构主要有冯·诺依曼（VonNeumann）结构和哈佛（Harvard）结构两类。

冯·诺依曼（VonNeumann）结构，只有一个存储器空间、一套地址总线和一套数据总线，程序和数据都存放到这个存储器空间，且统一分配存储地址。因此执行运算时，处理器必须分时访问程序和数据空间。

图1-1冯·诺依曼1.2DSP芯片

哈佛（Harvard）结构，程序存储器和数据存储器分开，每个存储器都有独立的地址总线和数据总线，可同时从程序存储器取指令和从数据存储器取操作数，从而实现并行工作，提高运算速度。图1-2哈佛结构1.2DSP芯片（2）多通路、多总线结构

DSP芯片都采用多总线结构，可同时进行取指令和多个数据存取操作，使CPU在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问，大大提高了DSP的运行速度1.2DSP芯片（3）流水线操作

流水线（Pipeline）操作是将指令的执行分解为预取指（Prefetch）、取指（Fetch）、译码（Decode）、寻址（Access）、取数（Read）、执行（Execute）等几个阶段。如图所示。在TMS320C64x+DSP中，每个周期内可执行8条指令。图1-3流水线操作示意图1.2DSP芯片（4）独立的硬件乘法累加单元

由于数字信号处理任务中，都包含有大量重复的乘法和累加操作，通用处理器的乘法运算使用软件进行移位或加法来实现，需要若干个机器周期，而DSP处理器使用专门的硬件乘法器，并使用累加器来处理多个乘积的累加，即通过DSP指令集中的MAC指令实现单周期乘加运算，从而有效提高了数字信号处理的速度。（5）具有特殊的DSP指令1.2DSP芯片（6）独立的DMA总线和控制器DSP处理器中设置了独立的DMA总线和控制器，通过与CPU的程序总线和数据总线并行工作，使得在数据传输时不影响CPU及其总线的工作，从而提高数据吞吐率，加快信号处理速度，如TMS320C64x中使用了64个独立通道的增强型DMA（EDMA）总线及控制器。1.2DSP芯片（7）硬件配置强新一代DSP芯片集成了众多类型的硬件设备，包括定时器、串行口、并行口、主机接口（HPI）、DMA控制器、等待状态发生器、中断处理器、PLL时钟产生器、JTAG标准测试接口、ROM、RAM及FLASH等，从而提高了DSP的处理速度、降低了系统功耗，简化了接口设计、方便了多处理器扩展，非常适于嵌入式便携数字设备应用。（8）支持多处理器结构支持多处理器结构，可以实现完成巨大运算量的多处理器系统，即将算法划分给多个处理器，借助高速通信接口来实现计算任务并行处理的多处理器阵列1.2DSP芯片1.2.3.DSP的分类DSP芯片可以按照基础特性（工作时钟或指令类型）、用途、数据格式进行分类。基础特性（工作时钟或指令类型）：静态DSP：在一定时钟频率范围内的任何频率上都能正常工作。一致性DSP：对于两种或两种以上DSP芯片，其指令集和相应机器代码及管脚结构相互兼容。用途：通用型DSP：可用指令编程的DSP芯片，通过编程可实现复杂的数字信号处理算法，具有较强处理能力。专用型DSP：为特定DSP运算而设计，针对某一应用算法，由内部硬件电路实现，适于数字滤波、FFT、卷积等特殊运算。1.2DSP芯片数据格式：定点DSP：以定点数据格式工作，大多数定点DSP芯片采用16位定点运算。浮点DSP：以浮点数据格式工作，浮点格式包括自定义浮点格式和IEEE标准浮点格式。1.2DSP芯片数据格式：定点DSP：以定点数据格式工作，大多数定点DSP芯片采用16位定点运算。浮点DSP：以浮点数据格式工作，浮点格式包括自定义浮点格式和IEEE标准浮点格式。1.2DSP芯片1.2DSP芯片1.2.4TI公司的DSP芯片

1982年，TI推出TMS32010——第一款商用定点DSP，TMS320系列拥有多款16位和32位定点/浮点DSP，C1x、C2x、C2xx、C5x、C54x、C55x、C6x、C62x、C64x系列为定点DSP，C3x、C4x、C67x系列为浮点DSP，C8x系列为多处理器模式DSP。其每代定点/浮点DSP的源代码均向上兼容。

TMS320系列DSP主要由三大支撑平台构成，包括：TMS320C2000（主要用于包括电机控制等的系统控制优化领域）TMS320C5000（主要用于便携式、低功耗消费电子产品）TMS320C6000（主要用于高速信号处理及高性能图像、

视频处理领域）1.2DSP芯片1.3.1DSP系统的构成1.3实时DSP系统设计1.3.2

DSP系统的设计流程1.3实时DSP系统设计1.3.3

算法开发1.3.4

DSP芯片的选择（1）速度（2）价格（3）硬件资源（4）运算精度（5）芯片的功耗1.3实时DSP系统设计1.3.5DSP技术的应用

（1）信号处理：滤波，FFT,（2）通信:调制解调，自适应滤波（3）语音：语音编码，语音合成（4）图形图像：图像增强，图像处理，（5）军事：雷达，制导（6）仪器仪表：频谱分析，数据采集（7）自动控制：发动机控制（8）医疗工程：医疗设备（9）家用电器：音响，机顶盒（10）计算机1.3实时DSP系统设计（1）Matlab完成抽样定理的验证（2）使用ICETEK-DM6437实验箱完成抽样定理的验证

参照实验Lab0406-Nyquist指导书相