DSP相關(guān)知識(shí)及TMS320F2812性能介紹精

1、第一章 DSP 相關(guān)知識(shí)及TMS320F2812性能介紹數(shù)字信號(hào)處理（DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。在通常的實(shí)時(shí)信號(hào)處理中，它具有可程控、可預(yù)見性、精度高、穩(wěn)定性好、可靠性和可重復(fù)性好、易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)算法、大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)，這都是模擬系統(tǒng)所不及的。1.1 DSP系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)字信號(hào)處理器是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，在模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)以后，以數(shù)字形式對信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器，其處理速度比最快的CPU還快1050倍。一個(gè)典型的DSP系統(tǒng)，輸入信號(hào)首先進(jìn)行帶限濾波和抽樣，然后進(jìn)行A/D變換將信號(hào)變換成數(shù)字比特流。DS

2、P芯片的輸入是A/D變換后得到的以抽樣形式表示的數(shù)字信號(hào)，DSP芯片對輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行某種形式的處理，如進(jìn)行一系列的乘累加操作（MAC）。最后，經(jīng)過處理后的數(shù)字樣值再經(jīng)D/A變換轉(zhuǎn)換為模擬樣值，之后再進(jìn)行內(nèi)插和平滑濾波就可得到連續(xù)的模擬波形。必須指出的是，上面給出的DSP系統(tǒng)模型是一個(gè)典型模型，但并不是所有的DSP系統(tǒng)都必須具有模型中的所有部件。1.2 DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)，因此具有數(shù)字處理的全部優(yōu)點(diǎn)：（1）接口和編程方便。DSP系統(tǒng)與其他以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容的，與這樣的系統(tǒng)接口以實(shí)現(xiàn)某種功能要比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口容易得多；另外，

3、DSP系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可使設(shè)計(jì)人員在開發(fā)過程中靈活方便地對軟件進(jìn)行修改和升級(jí)。（2）穩(wěn)定性和可重復(fù)性好。DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度、濕度、噪聲、電磁場的干擾和影響較小，可靠性高；數(shù)字系統(tǒng)的性能基本不受元器件參數(shù)性能變化的影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。（3）精度高。16位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到10-5的精度。（4）特殊應(yīng)用。有些應(yīng)用只有數(shù)字系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)，例如信息無失真壓縮、V型濾波器、線性相位濾波器等等。（5）集成方便。DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。當(dāng)然，數(shù)字信號(hào)處理在高頻信號(hào)處理上也存在一定的缺點(diǎn)。DSP系統(tǒng)中的高速時(shí)鐘可能帶來高頻干擾和電

4、磁泄漏等問題，而且DSP系統(tǒng)消耗的功率也較大。此外，DSP技術(shù)更新的速度快，數(shù)學(xué)知識(shí)要求多，開發(fā)和調(diào)試工具還不盡完善。1.3 DSP芯片的應(yīng)用DSP應(yīng)用廣泛，其主要應(yīng)用市場為3C領(lǐng)域，合占整個(gè)市場需求的90%o DSP是目前電子工業(yè)領(lǐng)域增長最迅速的產(chǎn)品之一，據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織發(fā)布的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測報(bào)告顯示，19962008年，全球DSP市場將一直保持穩(wěn)步增長，其中，2000年的增長率為37%，2001年為8%，并且從2001年到2008年，增長率將逐年遞增，2008年的增長率將達(dá)54%。因此，全球DSP市場的前景非常廣闊，DSP產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ某柈a(chǎn)業(yè)。很顯然，目前隨著我國3G

5、的商用部署大規(guī)模展開和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，在可預(yù)見的一段時(shí)間內(nèi)，無線應(yīng)用仍將是可編程DSP市場的驅(qū)動(dòng)引擎。不過，嵌入式DSP市場是一個(gè)更大的市場。隨著有線市場走向復(fù)蘇，VoIP電話變得更加重要。因此，DSP市場將在2009年及以后的時(shí)間里穩(wěn)健地好轉(zhuǎn)。因?yàn)闊o論何種形式的DSP技術(shù)都是我們能夠訪問窄帶、寬帶或是無線互聯(lián)網(wǎng)的唯一手段，它還是新興的分組電話市場的關(guān)鍵。沒有DSP就沒有對互聯(lián)網(wǎng)的訪問，沒有多媒體，也沒有無線通信。例如，廠商們新推出多種款式可選擇的獨(dú)立器件、DSP與MPU相結(jié)合的器件、為執(zhí)行DSP功能量身定做的MPU器件、以及許多公司為ASIC或SoC解決方案所提供的軟硬DSP內(nèi)核。在近

6、20多年時(shí)間里，主要應(yīng)用有：信號(hào)處理、通信、語音、圖形/圖像、軍事、儀器儀表、自動(dòng)控制、醫(yī)療、家用電器等。目前的硬盤空間相當(dāng)大，這主要得益于CDSP（可定制DSP）的巨大作用。預(yù)計(jì)在今后的PC機(jī)中，一個(gè)DSP即可完成全部所需的多媒體處理功能。DSP也是消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵器件。由于DSP的廣泛應(yīng)用，數(shù)字音響設(shè)備的更新?lián)Q代周期變得非常短暫。用于圖像處理的DSP，一種用于JPEG標(biāo)準(zhǔn)的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理；另一種用于動(dòng)態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理。1.4 TMS320F2812芯片的主要特性TMS320F2812系列DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）是TI公司最新推出的數(shù)字信號(hào)處理器，該系列處理器是基于TMS320C2xx

7、內(nèi)核的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器。器件上集成了多種先進(jìn)的外設(shè)，為電機(jī)及其他運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供了良好的平臺(tái)。同時(shí)代碼和指令與F24x系列數(shù)字信號(hào)處理器完全兼容，從而保證了項(xiàng)目或產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可延續(xù)性。與F24x系列數(shù)字信號(hào)處理器相比，F(xiàn)2812系列數(shù)字信號(hào)處理器提高了運(yùn)算的精度（32位）和系統(tǒng)的處理能力（達(dá)到150MIPS）。該系列數(shù)字信號(hào)處理器還集成了128KB的Flash存儲(chǔ)器，4KB的引導(dǎo)ROM，數(shù)字運(yùn)算表以及2KB的OTP ROM，從而大大改善了應(yīng)用的靈活性。128位的密碼保護(hù)機(jī)制有效地保護(hù)了產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。兩個(gè)事件管理器模塊為電機(jī)及功率變換控制提供了良好的控制功能。16通道高性能12位AD

8、C單元提供了兩個(gè)采樣保持電路，可以實(shí)現(xiàn)雙通道信號(hào)同步采樣。歸納起來，TMS320F2812系列DSP有以下特點(diǎn)。TMS320F2812有3個(gè)獨(dú)立的片選信號(hào)，并且讀/寫時(shí)序可編程，兼容不同速率的外設(shè)擴(kuò)展;通過配置外部接口寄存器，TMS320F28 i 2在訪問外部設(shè)備時(shí)不必額外增加延時(shí)等待，既提高了程序的實(shí)時(shí)性又減少了代碼量。TMS320F28 I 2是TI2000系列中功能最為強(qiáng)大的DSP芯片。它是一種32位DSP，片內(nèi)有128KFLASH,18KSRAM, DART. 56 I/0,12MAD+l6路輸入、指令處理速度高達(dá)150MPIS. TMS320F2812樣片于2003年推出，經(jīng)過了試

9、用期，現(xiàn)在己經(jīng)非常成熟。國內(nèi)公司己經(jīng)開始陸續(xù)使用，其開發(fā)工具完備，購買渠道暢通，價(jià)格低廉，是一款非常適合本課題需要的控制芯片。TMS320F 2812的時(shí)鐘頻率是150MHz，即時(shí)鐘周期是6.67ns。有眾多的外設(shè)接口，GPIO, SPI, SCIA, SCIB, McBSP, eCAN, SRAM. FLASH, EVA,EVB, ADC。這些外設(shè)模塊使TMS320F2812很適用于控制領(lǐng)域。（1）TMS320F2812系列DSP采用高性能的靜態(tài)COMS技術(shù)主頻達(dá)150MHz（時(shí)鐘周期6.67ns）；采用低電壓供電，當(dāng)主頻為135MHz時(shí)內(nèi)核電壓為1.8V，當(dāng)主頻為150MHz時(shí)內(nèi)核電壓為1

10、.9V，I/O引腳電壓為3.3V。（2）支持JTAG邊界掃描接口（3）高性能32位CPU支持16×16位和32×32位的乘法加法運(yùn)算；支持16×16位的雙乘法運(yùn)算；采用哈佛總線結(jié)構(gòu)模式；快速中斷響應(yīng)和中斷處理能力；統(tǒng)一的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)模式；4MB的程序/數(shù)據(jù)尋址空間；高效的代碼轉(zhuǎn)換功能（支持C/C+和匯編）；與TMS320F24x/F240x系列數(shù)字信號(hào)處理器代碼兼容。（4）片內(nèi)存儲(chǔ)空間片內(nèi)Flash空間大小為128K×16b，分為4個(gè)8K×16b和6個(gè)16K×16b存儲(chǔ)段；ROM空間：片內(nèi)含128K×16位大小的ROM；OTP

11、ROM空間大?。?K×16b；L0和L1：兩塊4K×16位的單周期訪問RAM（SARAM）；H0：一塊8K×16位的單周期訪問RAM（SARAM）；M0和M1：兩塊1×16位的單周期訪問RAM（SARAM）。（5）根只讀存儲(chǔ)器（Boot ROM）4K×16位帶有軟件啟動(dòng)的Boot模式；標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)函數(shù)庫。（6）外部存儲(chǔ)器接口有高達(dá)1M×16b的總存儲(chǔ)空間；可編程的等待時(shí)間；可編程讀寫選通計(jì)數(shù)器（Strobe Timing）；三個(gè)獨(dú)立的片選信號(hào)。（7）時(shí)鐘與系統(tǒng)控制支持動(dòng)態(tài)鎖相環(huán)倍頻；片內(nèi)振蕩器；看門狗定時(shí)器模塊。（8）三個(gè)外部中斷。（9）

12、外部中斷擴(kuò)展（PE）模塊可支持96個(gè)外部中斷，當(dāng)前僅使用了45個(gè)外部中斷。（10）128位的密鑰（Security Key/Lock）保護(hù)Flash/OTP和L0/L1 SARAM；防止ROM中的程序被盜。（11）3個(gè)32位的CPU定時(shí)器。（12）用于控制電機(jī)的外圍設(shè)備兩個(gè)事件管理器（EVA、EVB）；與C240兼容的器件。（13）串口外圍設(shè)備串行外圍接口（SPI）；兩路串行通信接口（SCI），標(biāo)準(zhǔn)的SCI口；增強(qiáng)型CAN模塊（eCAN）；多通道緩沖串行接口（McBSP）和串行外圍接口模式。（14）12位的ADC轉(zhuǎn)換模塊2×8通道的輸入通道；單一或級(jí)聯(lián)轉(zhuǎn)換模式；最高轉(zhuǎn)換速率為80ns/12.5Msps。（15）最多有56個(gè)獨(dú)立的可編程、多用途通用輸入/輸出（GPIO）引腳。（16）先進(jìn)的仿真模式具有實(shí)時(shí)分析以及設(shè)置斷點(diǎn)的功能；支持硬件仿真。（17）開發(fā)工具DSP集成系統(tǒng)（Code Composer Studio，CCS）；JTAG仿真器。（18）低功耗模式和節(jié)能模式支持空閑模式（IDLE）、等待模式（STANDBY）、掛起模式（HALT）；靜止/使能獨(dú)立外