第一章_DSP處理器概述

1、 模擬與數(shù)字技術，采用數(shù)字技術的好處是什么？ 數(shù)字信號處理系統(tǒng)，為什么DSP處理器是實現(xiàn)數(shù)字信號處理的最佳選擇？ DSP處理器及其特點，DSP處理器與其他處理器的區(qū)別在哪里？ DSP處理器的分類，TI 系列DSP的發(fā)展與特點？ DSP嵌入式應用系統(tǒng)，設計開發(fā)DSP系統(tǒng)的流程和工具情況是怎樣的？什么是DSPDigital Signal Processing 數(shù)字信號處理 即數(shù)字信號處理，是指數(shù)字信號處理的理論和算法，例如濾波、變換、卷積和頻譜分析等； Digital Signal Processor 數(shù)字信號處理器 即數(shù)字信號處理器，是指實現(xiàn)數(shù)字信號處理算法的微處理器芯片，它為數(shù)字信號的實時處理

2、提供一個平臺。模擬技術與數(shù)字技術模擬技術數(shù)字技術數(shù)字信號處理數(shù)字技術的優(yōu)點 數(shù)字技術采用數(shù)字化方式對數(shù)據(jù)和信號進行處理，這種處理一般由硬件和軟件配合實現(xiàn)，由軟件實現(xiàn)復雜的數(shù)據(jù)和信號處理，由硬件提供一個軟件運行的系統(tǒng)平臺。 （1）能實現(xiàn)大規(guī)模復雜處理； （2）靈活性強： （3）可靠性高 （4）精度高數(shù)字信號處理系統(tǒng)放大與濾波采樣量化D/A濾波數(shù)字信號處理D/A)(txa)(tx)(nx)(nxd)(nyd)(ty)(tyaDSP10234560)(tx)()(nTxnx1023456100101110011010110101100011010100101110011010102345601001

3、110010110110000)(nxd)(nyd)(ty)(tya通用計算機的通用計算機的CPU：優(yōu)點是軟件豐富、編程實現(xiàn)較容易，缺點是不易實時信號處理、無法嵌入式應用。一般地，計算機的CPU由于成本高、功耗大，因此只有在系統(tǒng)對體積、功耗和實時性要求不高的情況下采用，并只適合于固定場合應用。數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)單片機（單片機（MCU）：）：優(yōu)點是價格低廉和編程簡單，缺點是性能差、速度慢。單片機一般應用于控制領域，這些領域的數(shù)字處理要求比較簡單，數(shù)據(jù)量小。專用集成電路（專用集成電路（ASIC）：）：將特定的信號處理算法由一個集成電路來實現(xiàn)，例如FFT專用集成電路芯片。這

4、種方法的優(yōu)點是處理速度快、系統(tǒng)規(guī)?；杀镜停秉c是功能有限、系統(tǒng)靈活性差、開發(fā)成本高。目前，采用專用集成電路的數(shù)字系統(tǒng)只適合處理任務不很復雜而要求大批量生產(chǎn)的應用情況。數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)可重構系統(tǒng)可重構系統(tǒng)（RCPS）：）： FPGA等現(xiàn)場可編程門陣列可以根據(jù)需要組建不同的系統(tǒng)邏輯，但成本高只適合實現(xiàn)小規(guī)模簡單系統(tǒng)，不便于大量應用。 。DSP處理器：處理器：DSP處理器是專門針對數(shù)字信號處理應用而設計的微處理器，在處理器結(jié)構和工作原理上采用乘法累加運算單元（MAC）、多總線和多流水線作業(yè)，使得信號處理高效和靈活，并且功耗低、便于嵌入式應用。數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)數(shù)字信

5、號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)DSP處理器由于其高性價比而成為當前數(shù)字處理器由于其高性價比而成為當前數(shù)字信號處理系統(tǒng)設計中采用的主流處理器。信號處理系統(tǒng)設計中采用的主流處理器。DSP的發(fā)展的發(fā)展 1978年，美國英特爾（Intel）公司推出了2920。這款芯片將內(nèi)部信號處理器和A/D、D/A集成在一個芯片中，但沒有硬件乘法器。 1979年，AMI公司發(fā)布了S2811，主要是作為其他微處理器的數(shù)字信號協(xié)處理器。同年，貝爾實驗室（Bell Labs）發(fā)布了第一個真正意義上的DSP芯片MAC4。 1980年，日本NEC公司和AT&T公司在IEEE召開的國際固態(tài)電路會議上分別推出了PD7720和DSP1，這

6、兩款芯片得到了許多研究人員的推崇，在公共電信網(wǎng)得到了一定的應用。 1983年，美國德州儀器（TI）公司推出了具有里程碑意義的TMS320C10，這款DSP字長為16比特，采用哈弗（Harvard）結(jié)構，有獨立的指令和數(shù)據(jù)存儲器，并且有一個特殊的指令集處理讀入累加、乘加等運算，一個乘加運算的時間是390ns。當時另一個比較成功的DSP是Motorola的DSP5600。 1984年，AT&T公司推出DSP32，這是早期具備較高性能的浮點DSP芯片。DSP的發(fā)展的發(fā)展主要的DSP芯片制造商：美國德州儀器（TI）公司、美國飛思卡爾（FreeScale）公司、 美國模擬器件（AD）公司以及日本

7、電氣（NEC）公司。DSP的特點的特點（1）哈佛結(jié)構：這種結(jié)構使程序和數(shù)據(jù)空間彼此獨立。（2）多總線結(jié)構：可以保證在一個機器周期內(nèi)多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。（3）支持流水線操作：采用流水線結(jié)構，在程序運行過程中使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊進行。（4）硬件乘法器：配有硬件乘法器，與專用累加器一起構成乘法累加運算單元MAC，可在一個周期內(nèi)完成一次乘法和一次累加操作。（5）并行執(zhí)行多個操作：DSP內(nèi)部一般都包括有多個處理單元，如算術邏輯運算單元(ALU)、輔助寄存器運算單元(ARAU)、累加器(ACC)以及硬件乘法器(MUL)等，它們可以在一個指令周期內(nèi)同時進行運算。（6）快速的運算速度：TM

8、S320C5416 的指令執(zhí)行速度可達到160 MIPS，或160MMACS，即每秒1.6億次乘法累加運算。而DaVinci芯片TMS320DM6446更是達到了接近5000MMACS。DSP的特點的特點DSP的分類的分類l 根據(jù)DSP芯片工作時的數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式劃分，可分為定點DSP芯片和浮點DSP芯片兩大類，l 按照DSP芯片的字長字長劃分，可以分為16位、24位、32位DSP芯片。l 根據(jù)DSP芯片的用途用途分，可分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。l 按照不同生產(chǎn)廠家廠家的產(chǎn)品系列劃分，有TI公司的TMS320系列、AD公司的ADSP21系列、AT&T公司的DSP16/32

9、系列、Motorola公司的MC5600/MC9600系列、NEC公司的PD77系列等。DSP的性能指標的性能指標（1）計算速度：一般用MIPS、MFLOPS和MMACS表示。分別表示每秒執(zhí)行的指令數(shù)、每秒執(zhí)行的浮點操作數(shù)和每秒執(zhí)行的乘法累加數(shù)。（2）運算精度：一般由處理器的字長表示。定點DSP芯片字長一般為16位，少數(shù)24位。浮點DSP芯片的字長一般為32位。（3）硬件資源：DSP芯片所提供的硬件資源，如片內(nèi)RAM、ROM的數(shù)量，外部可擴展的程序和數(shù)據(jù)空間，總線接口、I/O接口等。（4）功耗：電源消耗量。一般移動和便攜式DSP設備對功耗要求較高，選擇DSP芯片時一般采用低功耗芯片。DSP的性

10、能指標的性能指標u定點DSP芯片的價格較為便宜、功耗低，但運算精度稍低。u浮點DSP芯片的優(yōu)點是運算精度高，C語言編程調(diào)試方便，但價格稍貴，功耗也較大。TIDSP概述概述德州儀器的DSP芯片以TMS320表示，目前占有全球市場的50%。 TMS320C2000 TMS320C5000 TMS320C6000OMAPDaVincihttp:/ 被稱為數(shù)字信號控制器（DSC： Digital Signal Controller）。 LF240 x子系列：16位定點DSP、40MIPS，代表器件：TMS320LF2407 F280 x子系列：32位定點DSP、60100MIPS，代表器件：TMS32

11、0F2809 F281x子系列：32位定點DSP、150MIPS，代表器件：TMS320F2812 F282x子系列：32位浮點DSP、200300MFLOPS，代表器件：TMS320F28232 F283x子系列：32位浮點DSP、300MFLOPS，代表器件：TMS320F2832C2000系列系列C2000系列系列C2000應用與特點應用與特點低價格、高性能，適用于控制領域，如工業(yè)自動化、汽車電子、電機控制、家用電器和消費電子等領域。（1）處理能力強。指令周期最短為25ns，運算能力達40MIPS以上。（2）片內(nèi)FLASH或ROM。系統(tǒng)升級也比較方便。 （3）功耗低。在3.3V工作時每個

12、MIPS消耗1.1mA電流，F(xiàn)280 x等系列內(nèi)核的工作電壓只有1.8V，功耗更低。（4）資源配置靈活。具有A/D和CAN模塊，容易與其他設備連接。C5000系列系列 C54x子系列：16位定點DSP、100532MIPS代表器件：TMS320VC5402、VC5416、VC5441 C55x子系列：16位定點DSP、300600MIPS代表器件：TMS320VC5510、VC5509、VC5502 C54xARM7子系列：100MIPS，RISC頻率47.5MHz代表器件：TMS320VC5470、VC5471 C55xARM9子系列：即OMAP芯片代表器件：OMAP5910（1）TMS32

13、0C54x （2）TMS320C55xC5000系列系列TMS320C5416內(nèi)部結(jié)構C5000系列系列C5000系列DSP代碼上完全兼容，但C55x的內(nèi)部結(jié)構相對C54x復雜，采用1個40位ALU和16位ALU，2個乘加器（MAC）和4個累加器，而C54x分別只有1個40位ALU、MAC和2個累加器。另外，C55x的程序和地址總線也進行了擴展。C5000應用與特點應用與特點低功耗、高性能定點DSP，主要應用在無線移動通信、程控交換機、調(diào)制解調(diào)器和GPS、PDA。（1）運算速度快。運算速度為100600MIPS。（2）優(yōu)化的CPU結(jié)構。內(nèi)部ALU，40位的累加器，1717位MAC和40位的桶形

14、移位器。（3）低功耗方式?？稍?.3V、2.5V、1.8V甚至1.2V的低電壓下工作，C55x的待機功耗只有0.12mW。（4）智能外設。串行口和時分復用（TDM）串行口，自動緩沖串行口BSP和與外部處理器通信的HPI。C6000系列系列（1）C62x子系列：32位定點DSP、300600MMACS代表器件：TMS320C6211，C6201（2）C64x子系列：32位定點DSP，40009600MMACS代表器件：TMS320C6416、C6424、C6455（1.2GHz）（3）C67x子系列：32位浮點DSP、5002400MMACS代表器件：TMS320C6711、C6713、C672

15、7（4）C64x+ARM9子系列：即DaVinci芯片代表器件：TMS320DM6446一種高性能的DSP芯片C6000系列系列C6000系列系列C6000應用與特點應用與特點面向視頻會議、高清晰數(shù)字電視、無線局域網(wǎng)、安防視頻監(jiān)控和核磁共振（MRI）等需要大規(guī)模數(shù)據(jù)處理應用。（1）運行速度快。運算能力普遍超越C5000，最高的C6455處理器時鐘頻率達到1.2GHz，每秒執(zhí)行MAC運算達到 9600個。（2）VelociTI超長指令字（VLIW）結(jié)構。在一條指令中組合了幾個執(zhí)行單元，可在一個時鐘周期內(nèi)并行執(zhí)行多條指令。（3）大容量的片內(nèi)存儲器和大范圍的尋址能力。（4）智能外設。內(nèi)部集成了416

16、個DMA接口，兩三個多通道緩存串口McBSP，兩個32位計時器。OMAP系列系列（1）C55x +ARM9：400MIPS（DSP）+150MHz（ARM9）代表器件：OMAP5910、OMAP1610（2）C55x +ARM11：440MIPS（DSP）+330MHz（ARM11）代表器件：OMAP2420（3）ARM+協(xié)處理器：200600MH z（ARM911、ARM Cortex）， GPRS/ISP/IVA/PowerVR代表器件：OMAP750、OMAP2430、OMAP2431、OMAP3503ARM+DSP，在具體應用中把不同的任務交給適合的處理器來處理。OMAP系列系列OMA

17、P系列系列數(shù)字媒體、生物特征識別、定位服務、增強型游戲及遠程通信，2.5G/3G 手持無線通信終端及 PDA 。(1) 處理效率高。DSP+ARM雙核結(jié)構使整個芯片的處理效率和性能得到極大提升。(2) 有效的開發(fā)環(huán)境。支持Microsoft Windows CE、Linux、Wind River VxWorks 等領先的操作系統(tǒng)及TI 的 DSP/BIOS實時可擴展內(nèi)核。(3) 豐富的外設。配備有多種極佳外設的片上系統(tǒng)功能，包括USB 1.1 、MMC/SD 卡接口、多通道緩沖串行端口、實時時鐘、GPIO 與 UART、LCD 接口、SPI等。OMAP應用與特點應用與特點DaVinci系列系列

18、（1）C64x/C643x+VICP：40007200MMACS代表器件：DM647、DM648、DM6435、DM6437（2）C644x/C646x+ARM9+VICP： 4700 MMACS（DSP）+300MHz（ARM9）代表器件：DM6441、DM6446、DM6467（3）ARM9+VICP： 270MHz代表器件：DM335、DM3552005年，TI推出了新一代高性能DSP芯片TMS320DM6443、TMS320DM6446，并命名為達芬奇（DaVinci）數(shù)字媒體處理器。 DaVinci一般構成為 C64x DSP+ARM9+應用軟件包。DaVinci系列系列DaVinc

19、i系列系列DaVinci系列系列多格式視頻安全設備、視頻電話、高清數(shù)字電視廣播通信系統(tǒng)，車用視覺系統(tǒng)（車道偏離、避免碰撞）以及機器視覺系統(tǒng)、機器人技術、網(wǎng)絡攝像機、數(shù)碼相機等 。（1）整體性能高。 采用SOC技術，高性能C64x DSP與高端ARM內(nèi)核相結(jié)合。（2）音視頻信號處理速度快。 高性能的C64x DSP和VPSS、VICP硬件子系統(tǒng)相結(jié)合，各種音視頻信號編解碼速度很快。（3）片上外設豐富。 音視頻I/O接口，10/100 以太網(wǎng)、UART、I2C、SPI、GPIO、McBSP 和PWM 等。（4）豐富的開發(fā)工具與環(huán)境：Linux、WinCE操作系統(tǒng)、音視頻處理API等?；诨贒SP

20、的嵌入式系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)是指應用軟件與硬件一體化的系統(tǒng)，具有體積小、軟件代碼精煉、高度自動化、響應速度快等特點，特別適合于要求實時多任務處理的應用場合。DSP嵌入式應用系統(tǒng)嵌入式應用系統(tǒng)一般有主從方式和獨立運行方式兩種類型，前一種方式一般作為一個子處理系統(tǒng)協(xié)助主系統(tǒng)完成一些復雜信號處理任務，后一種方式則完全獨立。DSP嵌入式系統(tǒng)設計流程嵌入式系統(tǒng)設計流程需求分析可行性分析信號分析算法分析與設計資源分析硬件結(jié)構分析與設計軟件設計與調(diào)試系統(tǒng)集成與綜合調(diào)試系統(tǒng)設計的最終目標不僅是實現(xiàn)系統(tǒng)功能，而且要盡量做到結(jié)果精確、效率高、資源消耗少。DSP應用系統(tǒng)的設計包括硬件子系統(tǒng)設計和軟件子系統(tǒng)設計兩大部分。這兩部分的設計并非完全獨立，而是需要協(xié)調(diào)綜合考慮。開發(fā)工具與實驗平臺開發(fā)工具與實驗平臺開發(fā)工具提供系統(tǒng)開發(fā)的便利性，可以加快設計開發(fā)系統(tǒng)的進程，而實驗平臺則可以提供一種測試系統(tǒng)的環(huán)境。CCS（Code Composer Studio）菜單欄工具欄狀態(tài)欄工作區(qū)窗口輸出窗口工具欄工程窗口TMS320C5416 DSKSEED5416 DTKDSP嵌入式系統(tǒng)應用嵌入式系統(tǒng)應用移移動動電電話話DSP嵌入式系統(tǒng)應用嵌入式系統(tǒng)應用BroadbandCommunicationsWireless3GBaseStationsMedica