《TMS320C3X系列-DSP原理与开发技术》课件第1章

第1章DSP概述

1.1数字信号处理概述1.2可编程DSP芯片1.3TI公司DSP芯片的命名规则1.4DSP系统

本章小结

思考题与习题

1.1数字信号处理概述

所谓数字信号处理，就是利用计算机或专用处理设备，以数字的形式对信号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估算、压缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用。与模拟信号处理相比，数字信号处理具有精确、灵活、抗干扰能力强、可靠性高、体积小、易于大规模集成等优点。数字信号处理是以众多学科为理论基础的，所涉及的范围极其广泛。如在数学领域中，微积分、概率统计、随机过程、数字分析等都是数字信号处理的基础。数字信号处理与网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等密切相关。近年来，一些新兴学科，如人工智能、模式识别、神经网络等都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理将许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。数字信号处理包括算法研究和实现方法两个方面的内容。

1．算法研究算法研究是指如何以最小的运算量和存储器的使用量来完成指定任务的分析研究过程。20世纪60年代出现的快速傅里叶变换(FFT)，使数字信号处理技术发生了革命性的变化。近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅速的发展，诸如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴别，信号的调制与解调、加密和解密，信道的辨识与均衡，智能天线的智能处理，频谱分析等各种快速算法都成为研究的热点，并取得了长足的进步，为各种实时处理的应用提供了算法基础。

2．实现方法数字信号处理的实现是指用硬件、软件或软硬件相结合的方法来实现各种算法。数字信号处理的实现一般有以下几种方法：

(1)在通用计算机(PC)上用软件(如FORTRAN、C语言)实现。但这种方法速度慢，不适合于实时数字信号处理，主要用于算法的模拟。

(2)在通用计算机系统中加入专用的加速处理器实现。这种方法可以增强运算能力和提高运算速度，但不适合于嵌入式应用，专用性强，应用受到限制。

(3)用单片机实现。这种方法用于不太复杂的数字信号处理，不适合于以乘法—累加运算为主的密集型运算。

(4)用通用的可编程DSP芯片实现。这种方法具有可编程性和强大的处理能力，可完成复杂的数字信号处理，在实时DSP领域中处于主导地位。

(5)用专用的DSP芯片实现。这种方法可用在要求信号处理速度极快的特殊场合，如专用于FFT、数字滤波、卷积、相关算法的DSP芯片，相应的信号处理算法由内部硬件电路实现，用户无需编程，但专用性强，应用受到限制。

(6)用基于通用DSP核的ASIC芯片实现。随着专用集成电路(ApplicationofSpecificIntegratedCircuit，ASIC)的广泛使用，可以将DSP的功能集成到ASIC中。一般说来，DSP核是通用DSP器件中的CPU部分，再配上用户所需的存储器(包括Cache、RAM、ROM、Flash、EPROM)和外设(包括串口、并口、主机接口、DMA、定时器等)组成用户的ASIC。DSP核概念的提出与技术的发展，使用户可将自己的设计，通过DSP厂家的专业技术来加以实现，从而提高ASIC的水准，并大大缩短产品的上市时间。在上述几种方法中，(1)的缺点是速度较慢，一般可用于DSP算法的模拟；(2)和(5)的专用性强，应用受到很大的限制，(2)也不便系统的独立运行；(3)只适用于实现简单的DSP算法；只有(4)才使数字信号处理的应用打开了新的局面；(6)是最新发展起来的技术，具有集成度高、速度快的特点，具有很好的发展前景。1.2可编程DSP芯片1.2.1DSP芯片的发展概况

DSP芯片诞生于20世纪70年代末，至今已经得到了突飞猛进的发展，并经历了以下三个阶段。第一阶段，DSP的雏形阶段(1980年前后)。在DSP芯片出现之前，数字信号处理只能依靠通用微处理器(MPU)来完成。由于MPU处理速度较低，难以满足高速实时处理的要求。1965年库利(Cooley)和图基(Tukey)发表了著名的快速傅里叶变换(FastFourierTransform，FFT)，极大地降低了傅里叶变换的计算量，从而为数字信号的实时处理奠定了算法的基础。第二阶段，DSP的成熟阶段(1990年前后)。这个时期，许多国际上著名的集成电路厂家都相继推出了自己的DSP产品。如：TI公司的TMS320C20、30、40、50系列，Motorola公司的DSP 5600、9600系列，AT&T公司的DSP32等。这个时期的DSP器件在硬件结构上更适合于数字信号处理的要求，能进行硬件乘法、硬件FFT变换和单指令滤波处理，其单指令周期为80～100 ns。如TI公司的TMS320C20，它是该公司的第二代DSP器件，采用了CMOS制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为语音处理、图像硬件处理技术的发展奠定了基础。20世纪80年代后期，以TI公司的TMS320C30为代表的第三代DSP芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。第三阶段，DSP的完善阶段(2000年以后)。这一时期各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善，而且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上，大大地提高了数字信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到单指令周期10 ns左右，可在Windows环境下直接用C语言编程，使用方便灵活，使DSP芯片不仅在通信、计算机领域得到了广泛的应用，而且逐渐渗透到了日常消费领域。1.2.2DSP芯片的特点数字信号处理不同于普通的科学计算与分析，它强调运算的实时性。因此，DSP除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制能力外，针对实时数字信号处理的特点，在处理器的结构、指令系统、指令流程上做了很大的改进，其主要特点如下。

1．采用哈佛结构

DSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛(Harvard)结构或改进的哈佛结构，比传统处理器的冯·诺依曼(VonNeumann)结构有更快的指令执行速度。

1)冯·诺依曼结构冯·诺依曼结构采用单存储空间，即程序指令和数据公用一个存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行的。当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操作数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作速度较慢。图1.1给出了冯·诺依曼结构。图1.1冯·诺依曼结构

2)哈佛结构哈佛结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理。微处理器的哈佛结构如图1.2所示。图1.2哈佛结构

3)改进型的哈佛结构改进型的哈佛结构采用双存储空间和数条总线，即一条程序总线和多条数据总线。结构如图1.3所示。其特点如下：

(1)允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据，使这些数据可以由算术运算指令直接调用，增强了芯片的灵活性；

(2)提供了存储指令的高速缓冲器(Cache)和相应的指令，当重复执行这些指令时，只需读入一次就可连续使用，不需要再次从程序存储器中读出，从而减少了指令执行所需要的时间。如：TMS320C6200系列的DSP，整个片内程序存储器都可以配制成高速缓冲结构。图1.3改进型的哈佛结构

2．采用多总线结构

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，并由辅助寄存器自动增减地址进行寻址，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。如：TMS320C54x系列内部有P、C、D、E等4组总线，每组总线中都有地址总线和数据总线，这样在一个机器周期内可以完成如下操作：

(1)从程序存储器中取一条指令；

(2)从数据存储器中读两个操作数；

(3)向数据存储器写一个操作数。对于DSP芯片，内部总线是个十分重要的资源，总线越多，可以完成的功能就越复杂。

3．采用流水线技术每条指令都可通过片内多功能单元完成取指、译码、取操作数和执行指令等多个步骤，实现多条指令的并行执行，从而在不提高系统时钟频率的条件下减少每条指令的执行时间。其过程如图1.4所示。图1.4四级流水线操作过程

4．专用的硬件乘法器在通用的微处理器中算法指令需要多个指令周期，如MCS-51的乘法需要4个周期。相比而言，DSP芯片的特征就是有一个专用的硬件乘法器，乘法可以在一个指令周期内完成，还可以与加法并行进行，即完成一个乘法和一个加法只需一个指令周期。在TMS320C3x系列DSP芯片中，有一个硬件乘法器；在TMS320C6000系列中则有两个硬件乘法器。

5．采用特殊的DSP指令

DSP芯片的另一个特点是采用特殊的指令，这些特殊的指令进一步提高了DSP芯片的处理能力。比如TMS320C3x主要有三类特殊指令：重复方式、延迟转移和并行指令。为了实现FFT、卷积等运算，当前的DSP大多在指令系统中设置了“循环寻址”及“位反转寻址”，使得在进行这些运算时，其寻址、排序及计算速度极大提高。

6．硬件配置强新一代的DSP芯片具有较强的接口功能，除了具有串行口、DMA控制器、软件可编程等待状态发生器等片内外设外，还配置中断处理器、PLL(锁相环)、片内存储器、测试接口等单元电路，可以方便地构成一个嵌入式自封闭控制的处理系统。高速数据传输能力是DSP进行高速实时处理的关键之一。新型的DSP大多设置了单独的DMA总线及其控制器，在不影响或基本不影响DSP处理速度的情况下，进行并行的数据传送，传送速率可以达到数百兆字每秒(16位)，但此速率要受片外存储器速度的限制。1.2.3DSP主要产品简介在生产通用性DSP的厂家中，最有影响的有AD公司、AT&T公司、Motorola公司、NEC公司和TI(美国德州仪器公司)。各生产厂商的主要产品系列如下：

1．AD公司定点DSP： ADSP21xx系列，16位，40 MIPS浮点DSP： ADSP21xx系列，16位，40 MIPS并行浮点DSP： ADSP2106x系列，32位，40 MIPS超高性能DSP： ADSP21160系列，32位，100 MIPS

2．AT&T公司定点DSP： DSP16系列，16位，40 MIPS浮点DSP： DSP32系列，32位，125 MIPS

3．Motorola公司定点DSP： DSP56000系列，24位，16 MIPS浮点DSP： DSP96000系列，32位，27 MIPS

4．NEC公司定点DSP： PD77Cxx系列，16位

PD770xx系列，16位

PD772xx系列，24位或32位

5．TI公司

TI公司自1982年推出第一款定点DSP芯片以来，相继推出定点、浮点和多处理器三类运算特性不同的DSP芯片，共发展了七代产品。其中定点运算单处理器的DSP有七个系列，浮点运算处理器的DSP有三个系列，多处理器的DSP有一个系列。按照DSP的处理速度、运行精度和并行处理能力分类，每一类产品的结构相同，只是片内存储器和片内外设置不同。定点DSP： TMS320C1x系列，16位，第一代，1982年前后

TMS320C2x系列，16位，第二代，1987年前后

TMS320C5x系列，16位，第五代，1993年

TMS320C54x系列，16位，第七代，1996年

TMS320C24x系列，16位，第七代，1996年

TMS320C6x系列，32位，第七代，1997年

TMS320C55x系列，16位，第七代，2000年(功耗最低)浮点DSP： TMS320C3x系列，32位，第三代，1990年

TMS320C4x系列，32位，第四代，1990年TMS320C67x系列，64位，第七代，1998年(速度最快)多处理器DSP：TMS320C8x系列，32位，第六代，1994年其中，C2x、C24x称为C2000系列，主要用于数字控制系统；C54x、C55x称为C5000系列，主要用于功耗低、便于携带的通信终端；C62x、C64x和C67x称为C6000系列，主要用于高性能的复杂通信系统，如移动通信基站。1.2.4DSP芯片的分类随着近30年来DSP处理器的发展，已有各种系列的DSP产品出现在市场上。这些DSP芯片可以有如下三种分类方式。

1．定点与浮点DSP芯片这两类芯片是按照DSP处理器工作的数据格式来分类的。数据以定点格式工作的DSP芯片称为定点DSP芯片。

2．通用DSP芯片与专用DSP芯片这两类芯片是按照DSP处理器的用途进行分类的。通用型DSP芯片适用于普通的数字信号处理，TI公司的TMS320系列DSP处理器即为通用DSP芯片。专用DSP芯片是为某些DSP运算专门设计的，特别适用于有某些特点的数字信号处理运算，如Motorola公司的DSP56200即为专用的DSP芯片。由于专用DSP芯片具备易实现模块化、易实现流水线操作和多处理器结构，因而其系统设计、测试简单，具有很好的发展前景。

3．静态DSP芯片与一致性DSP芯片这两类芯片是按照DSP处理器的工作时钟和指令类型来分类的。若有多种DSP处理器的指令系统和相应的机器代码及引脚结构相互兼容，则为一致性DSP芯片，如TI公司的TMS320C1x系列。若DSP处理器在某时钟频率内的任何时钟上，除计算机速度变化以外，没有性能上的下降，则为静态DSP芯片。1.2.5DSP芯片的运算速度和DSP应用系统的运算量

1．DSP芯片的运算速度

DSP芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来衡量。

(1)指令周期：执行一条指令所需要的时间，通常以ns为单位。如TMS320LC549-80在主频为80 MHz时的指令周期为12.5 ns。

(2) MAC时间：一次乘法和一次加法的时间。大部分DSP芯片可在一个指令周期内完成一次乘法和一次加法操作，如TMS320LC549-80的MAC时间就是12.5 ns。

(3) FFT执行时间：运行一个N点FFT程序所需的时间。由于FFT涉及的运算在数字信号处理中很有代表性，因此将FFT运算时间作为衡量DSP芯片运算能力的一个指标。

(4) MIPS：每秒执行百万条指令。如TMS320LC549-80的处理能力为80 MIPS，即每秒可执行八千万条指令。

(5) MOPS：每秒执行百万次操作。如TMS320C40的运算能力为275 MOPS。

(6) MFLOPS：每秒执行百万次浮点操作。如TMS320C31在主频为40 MHz时的处理能力为40 MFLOPS。

(7) BOPS：每秒执行10亿次操作。如TMS320C80的处理能力为2 BOPS。

DSP的运算速度和芯片的主频有关。DSP的最高主频可以从芯片的型号中获得，但每个系列不一定相同。下面列出TI公司的四种系列的最高主频。(1) C2000系列：

F206 最高主频20 MHz

C203/C206 最高主频40 MHz

F24x 最高主频20 MHz

LF24xx 最高主频30 MHz

LF24xxA 最高主频40 MHz

LF28xx 最高主频150 MHz(2) C3x系列：

C32PCM60 最高主频30 MHz

VC33PGE150 最高主频75 MHz(3) C5000系列：

VC54xx 最高主频160 MHz

VC55xx 最高主频300 MHz(4) C6000系列：

C62xx 最高主频300 MHz

C67xx 最高主频230 MHz

C64xx 最高主频720 MHz

2．DSP应用系统的运算量

DSP应用系统的运算量是确定选用处理能力为多大的DSP芯片的基础。运算量小则可以选用处理能力不是很强的DSP芯片，从而可以降低系统的成本。相反，运算量大的DSP系统则必须选用处理能力强的DSP芯片，如果DSP芯片的处理能力达不到系统的要求，则必须用多个DSP芯片并行处理。确定DSP系统的运算量，主要有以下两种方式：

1)按样点处理所谓按样点处理，就是DSP算法对每一个输入样点循环一次。数字滤波就是这种情况。在数字滤波中，通常需要对每一个输入样点计算一次。

2)按帧处理有些数字信号处理算法不是每个输入样点循环一次，而是每隔一定时间间隔循环一次。1.2.6DSP芯片的应用最初的DSP只是一种专门为实时处理大量数据而设计的微处理器，但目前它已经在多个不同的领域得到了许多新的应用。在网络和互联网、高速调制解调器、无线通信、语音识别、音频、视频、音像产品、机顶盒、汽车、硬盘驱动器、工业控制和制造、雷达、声纳、地震检测、生物医药工程、机械振动、遥感遥测、地质勘测、航空航天、电力系统故障检测、自动化仪器等各行各业，DSP技术的应用已遍布全球。

TI公司的用户指南(User’sGuide)概括了数字信号处理器应用的11个大的领域，如表1.1表1.1TMS320DSP的典型应用1.2.7DSP芯片的现状和发展趋势

1．DSP芯片的现状

1980年以来，DSP芯片得到了突飞猛进的发展，主要表现如下：

1)制造工艺改变

1980年采用4 mm的N沟道MOS(NMOS)工艺，而现在则普遍采用亚微米(Micro)CMOS工艺。DSP芯片的引脚数量从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，如外部存储器的扩展和处理器间的通信等；同时设计的外围电路越来越少，成本、体积和功耗都不断下降。

2)存储器容量增大早期的DSP芯片，其片内存储器只有几百个单元。目前，片内程序和数据存储器可达到几十千字，而片外程序存储器和数据存储器可高达16M × 48位和40G×40位。

3)运算速度近30年的发展，使得DSP的指令周期从400 ns缩短到10 ns以下，其相应的速度从2.5 MIPS提高到2000 MIPS以上。

4)高度集成化集滤波、A/D、D/A、ROM、RAM和DSP的内核于一体的模拟混合式DSP芯片已有较大的发展和应用。

5)运算精度和动态范围增大由于输入信号动态范围和迭代算法可能带来的误差积累，因此对单片DSP的精度提出了较高的要求。DSP的字长从8位已增加到40位，从而提高了运算精度。同时采用超长指令字(VLIW)结构和高性能的浮点运算，扩大了数据处理的动态范围。

6)开发工具进一步完善具有较完善的软件和硬件开发工具，如软件仿真器Simulator、在线仿真器Emulator、C编译器等，给开发应用带来了很大方便。

2．DSP技术的发展趋势未来的10年，全球DSP产品将向着高性能、低功耗、加强融合和拓展多种应用的趋势发展，DSP芯片将越来越多地渗透到各种电子产品当中，成为各种电子产品尤其是通信类电子产品的技术核心。据TI公司预测，到2010年，DSP芯片的集成度将会增加11倍，在单个芯片内将能集成5亿只晶体管。目前DSP的制造工艺已开始从0.35 mm转向0.25 mm、0.18 mm、0.10 mm，甚至发展到0.075 mm或更高的工艺。互联网是继计算机时代后全球经济新的增长点，也是DSP潜在的应用领域。而手机、PDA、MP4、手提电脑等则是设备个性化的典型代表。这些设备的发展水平取决于DSP的发展。在新的形势下，DSP面临的要求是处理速度更高，性能更多、更加全面，功耗更低，存储器用量更少。所以DSP技术将会有以下一些发展趋势。

1) DSP的内核结构将进一步改善多通道结构和单指令多重数据、特大指令组(VLIM)将在新的高性能处理器中占主导地位，如AD公司的ADSP-2116x。

2) DSP和微处理器的融合低成本的微处理器(MPU)是一种执行智能定向控制任务的通用处理器，它能很好地执行智能控制任务，但是对数字信号的处理功能很差。

3) DSP和高档CPU融合大多数高档MCU，如Pentium和PowerPC都是含有SIMD指令组的超标量结构，速度很快。LSILogic公司的LSI401Z采用高档CPU的分支预示和动态缓冲技术，结构规范，利于编程，不需要进行指令排队，使得性能大幅度提高。Intel公司涉足数据信号处理器领域将会加快这种融合。

4) DSP和SOC的融合

SOC(SystemOnChip)是指把一个系统集成在一块芯片上。这个系统包括DSP和系统接口软件等。

5) DSP和FPGA的融合

FPGA是现场可编程门阵列器件。它和DSP集成在一块芯片上，可实现宽带信号处理，大大提高信号处理速度。

6)实时操作系统RTOS和DSP的结合最初，DSP系统的开发者除了开发需要实时实现的核心算法外，还要自己设计系统软件框架，作为目标代码的一部分一起运行。

7) DSP的并行处理结构为了提高DSP芯片的运算速度，各DSP厂商纷纷在DSP芯片中引入并行机制，主要分为片内并行和片间并行。TI公司的TMS320C8x是一种紧耦合、多指令、多数据流的单片多处理器系统。在这个系统中，采用交叉开关结构来代替传统的总线互连，使得多处理器并行处理数据传输的瓶颈问题得以缓解。TI公司的另一类高端产品TMS320C6200则通过超长指令字结构(VLIW)来实现并行处理。在CPU内部，多个功能单元并发工作，共享大型的寄存器堆，由VLIW的长指令来同步各个功能单元并行执行各种操作。这两款DSP芯片均采用片内并行，而AD公司的ADSP2106x和ADSP21160则可以方便地实现多DSP片间的并行处理。

8)功耗降低新一代消费商品和宽带通信是DSP技术最重要的应用市场，如移动电话、个人医疗产品等都采用电池供电，并需要有尽可能长的使用时间。DSP芯片是这些产品的核心器件，降低它的功耗可以延长电池的寿命，增加产品的使用时间，减轻电池的重量。1.3TI公司DSP芯片的命名规则

目前，TI公司生产的DSP芯片有几十种，均按照一定的规则对它们命名，了解这种命名规则有助于用户选择器件。这里将以TMS320VC33浮点DSP处理器为例介绍TI公司DSP芯片的命名规则。表1.2器件级别代号与含义代号含义TMX试验产品，技术性能参数不代表最终的性能TMP最终产品，但尚未进行质量和可靠性验证TMS经过全面检测的正式产品SMJ军品级产品，满足美军标MIL-STD-883表1.3电压及集成电路代号及含义表1.4封装形式代号及含义(一)表1.5封装形式代号及含义(二)虽然TMS320VC33与TI公司其它DSP的命名规则相同，但封装形式局限于144脚的LPQF封装，封装代号为PGE，其速度的可选形式有两种：150和120MFLOPS，供电方式为双电源：电压分别为3.3 V和1.8 V，常用的芯片等级为TMS和SMJ两种。1.4DSP系统

1.4.1DSP系统的构成通常，一个典型的DSP系统应包括抗混叠滤波器、数据采集和A/D转换器、数字信号处理器、D/A转换器和低通滤波器等，其组成框图如图1.5所示。图1.5典型的DSP系统组成框图系统的输入信号x(t)有各种各样的形式，可以是语音信号、传真信号，也可以是视频信号，还可以是来自电话线的已调数据信号。

DSP系统的处理过程：

(1)将输入信号x(t)进行抗混叠滤波，滤掉高于折叠频率的分量，以防止信号频谱的混叠；

(2)经数据采样和A/D转换器，将滤波后的信号转换为数字信号x(n)；

(3)数字信号处理器对x(n)进行处理，得到数字信号y(n)；

(4)经D/A转换器，将y(n)转换成模拟信号；

(5)经低通滤波器滤除高频分量，得到平滑的模拟信号y(t)。需要指出的是，DSP系统可以由一个DSP芯片和外围电路组成，也可以由多个DSP芯片及外围电路组成，这完全取决于对信号处理的要求。另外，并不是所有的DSP系统都必须包含框图中所有的部分。例如，语音识别系统的输出并不是连续变化的波形，而是识别的结果，如数字、文字等。1.4.2DSP系统的特点

DSP系统是以数字信号处理为基础的，因此具有数字处理的全部优点：

(1)接口方便。DSP系统提供了灵活的接口，可以与其他以现代数字技术为基础的系统或设备相互兼容，这样系统接口所实现的某种功能要比模拟系统与这些系统接口容易得多。

(2)编程方便。DSP系统中的可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级，可以将C语言与汇编语言结合使用。

(3)具有高速性。DSP系统的运行速度较高，最新的DSP芯片运行速度高达10 GIPS以上。

(4)稳定性好。DSP系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高，无器件老化现象。

(5)精度高。16位数字系统可以达到10-5的精度。

(6)可重复性好。模拟系统的性能受元器件参数性能影响比较大，而数字系统基本不受影响，因此数字系统便于测试、调试和大规模生产。

(7)集成方便。DSP系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。1.4.3DSP系统设计过程对于一个DSP应用系统，其设计过程如图1.6所示。图1.6DSP系统设计流程依据图1.6所示设计过程，DSP应用系统的开发与设计过程可以简要概括为6个阶段：方案设计、算法研究和系统模拟(算法模拟，确定性能指标)、硬件设计、软件设计、系统调试、性能测试与试验(系统试验)。

1．方案设计

(1)应明确所有要解决的问题，对所要完成的任务、系统功能、技术指标、使用条件和环境、可靠性等有明确的理解，并形成具体的指导性文件和说明书。

(2)根据任务书、系统功能、技术指标、使用条件和环境、可靠性等具体的要求，提出可能的实现方案，并对各种不同的方案进行比较，分析不同方案的优、缺点，优选出最优方案。

2．算法模拟，确定性能指标此阶段主要是根据设计任务和设计目标，确定系统的性能指标。首先应根据系统的要求进行算法仿真和高级语言(如MATLAB)模拟实现，以确定最佳算法。然后根据算法初步确定相应的参数。

3．硬件设计通过方案研究，已经确定了系统的基本体制，并已形成了具体的设计指导文件和方案论证报告，在此可开始硬件系统的设计。具体步骤如下：

(1)选择DSP芯片。基本方案确定后，我们对是否需要采用军品级器件，是否需要浮点芯片，需要的字长是16位还是32位，需要控制引脚的数目，需要的运行速度、数据存储器的容量大小，是否需要及需要几路A/D、D/A及其相应的精度、字长等，已经形成了一个比较完整和全面的认识，在此基础上，再考虑供电电平、速度、接口功能、功耗、体积、开发环境、供货渠道等因素来选择具体的DSP芯片。

2)设计外围电路。一般系统中经常用到A/D、D/A、内存、电源、逻辑控制、通信、总线等基本部件。确定这些部件的原则如下：

A/D：根据采样频率、精度来确定A/D型号，是否要求片上自带采样保持器、多路选择器、基准电源等。

D/A：信号频率、精度是否符合要求，是否需要自带基准电源、多路选择器、输出运放等。内存：包括SRAM、EPROM(EEPROM或Flash)，在TMS320C6000等一些产品中还有SDRAM或SBSRAM。所有这些选型主要是考虑工作频率、内存容量、字长(是8位，16位，还是32位)、接口方式(是串行，还是并行)、工作电压(是5 V，还是3.3 V或其它)。逻辑控制：首先是确定用PLD、CPLD，还是用FPGA，其次根据自己的特长和公司芯片的特点决定采用哪家公司的哪一系列的产品，最后还必须根据DSP的频率决定芯片的工作频率以确定使用的芯片。通信：一般系统都需要有通信功能。首先应根据通信的速率决定采用的通信方式，如RS232、USB、I2C或并口等，有些DSP已经将USB或I2C功能集成到了芯片内部，另外一些DSP芯片集成了与RS232不同的全双工高速串口，直接利用DSP芯片已有的通信功能可简化硬件结构。但通信功能并不能作为选择DSP的唯一根据，许多通信功能可以通过DSP以外的外部电路来实现。人机接口：有键盘、显示器等，它们可以通过与单片机的通信来构成，也可以在DSP的基础上构成，还可以通过CPLD/FPGA直接实现，视情况而定。电源：硬件电路中，各种芯片的供电电压的选择，应以所选取DSP的电源电压为主要依据来考虑，其目的是尽可能地简化接口电路，减少器件种类和数量。有些DSP采用了单-一5 V供电体制。

(3)原理图设计。在设计原理图时必须清楚地了解器件的使用方法，对一些关键的环节有必要采用电路仿真软件进行必要的仿真。随着大规模集成电路和可编程逻辑芯片的发展，硬件原理图设计变得越来越容易了，但它依然是DSP系统集成中关键的一步。原理图设计的成功与否是DSP系统能否正常工作的最重要的一个因素。

(4) PCB图设计。PCB图的设计要求DSP系统的设计人员既要熟悉系统工作原理，还要清楚布线工艺和系统结构设计。尤其是对于工作在射频范围内的电路系统和含有高速A/D电路的应用场合，布线的结果可能会对电路的性能有很大影响，必要时可以对布线情况进行电磁仿真。但有关的仿真软件的成本是非常昂贵的，只有在有条件且必要的情况下才开展这一工作。

4．软件设计完成硬件设计后，就可以全面和系统地设计软件了。图1.7给出了软件设计的过程。由图可见，源程序可以采用汇编语言、C语言或二者混合编写。与计算机的汇编语言相比，由于TI公司汇编语言的指令系统比计算机汇编语言的指令系统要简单一些，而且由于有许多专门为数字信号处理而设计的指令，因此是比较容易掌握的。与高级语言相比较，使用DSP汇编语言编程时必须熟悉DSP的内部结构和指令系统，尤其是在多DSP并行处理的场合，或在便捷电话、磁盘驱动器等编程空间很小的场合，这对设计高效的DSP软件是非常重要的。图1.7软件设计框图高级语言(如C语言)的开发工具在不断完善。随着TI公司C语言编译器、优化器的不断改进，以及第三方(用户方)的不断努力，C语言的编译效率已经得到了很大的提高。在实时性要求高的场合和算法中用汇编语言编程；在实时性要求低的场合用C语言编程。将两者结合起来，既能保持算法的实时性，又能做到程序的清晰明了。软件编程的步骤如下：

(1)用汇编语言、C语言或汇编语言和C语言混合编写源程序，然后把它们转化成TMS320的汇编语言并送到汇编语言编辑器进行编译，生成目标文件。

(2)将目标文件送入链接器进行链接，得到可执行文件。

(3)将可执行文件调入到调试器(包括软件仿真、软件开发系统、评测模块、系统仿真器)进行调试，并根据调试结果对源程序进行反复修改，直到达到正确的结果。

(4)进行代码转换，将代码写入EEPROM。

5．系统调试软件设计和仿真完成后，已生成了EPROM可以识别的可执行文件格式，在将EPROM插入到电路板之前，要先检查电路板，包括在不焊接任何器件的情况下，检测电源和地是否短路，然后再逐步地插入或焊接各种芯片，进行测试，最后将EPROM插入电路板进行脱机或者在不插入EPROM的情况下通过仿真器进行调试，直到达到预期的设计效果为止。在调试的过程中，应详细记录调试期间出现的问题，并进行分析和整理，同时记录针对不同问题所采取的解决措施及解决效果，最后生成系统说明书和操作注意事项。

6．系统试验对实验室调试后的软硬件系统，需要进行各种不同的环境性能和现场试验。环境试验包括温度性能试验、抗冲击性能试验、老化试验、可靠性试验等。在这些试验中应根据试验结果进行改进，最后才能达到实用化的产品。1.4.4DSP芯片的选择对于DSP应用系统的设计而言，选择DSP芯片是非常重要的一个环节。只有选定了DSP芯片，才能进一步设计其外围电路及系统的其它电路。总的来说，DSP芯片的选择应根据实际的应用系统需要而定。由于应用场合、应用目的不尽相同，对DSP芯片的选择也是不同的。一般来说，选择DSP芯片时应考虑到如下诸多因素：

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