DSP 開發(fā)與原理 第1章-1

課程安排:

講課:18學(xué)時實驗:12學(xué)時DSP原理及應(yīng)用

第一章高速數(shù)字信號處理器（DSP）概述

Microprocessor(μP):一個多IC處理系統(tǒng)的核心器件2種基本的結(jié)構(gòu):?VonNeumann“-馮.諾依曼?Harvard“–哈弗?VonNeumann“:數(shù)據(jù)、代碼共享內(nèi)存空間數(shù)據(jù)、代碼共享內(nèi)存總線Example:Intel‘sx86PentiumProcessorfamily?Harvard“:數(shù)據(jù)、代碼獨立存儲空間數(shù)據(jù)、代碼獨立存儲總線第一部分TMS320系列芯片和系統(tǒng)

SOC-微控制器(μC)

用來實現(xiàn)實時控制的核以及輸入輸出接口都集成在片上確保在嵌入式應(yīng)用中的高的性價比幾乎能滿足各類電子產(chǎn)品對運算能力和外設(shè)的要求2種μP–結(jié)構(gòu)(VonNeumann和Harvard)廣泛應(yīng)用于MicrocontrollersDSP-數(shù)字信號處理器

類似于微處理器(μp..),一個計算系統(tǒng)的核額外的用來加速復(fù)雜運算的外設(shè):硬件乘法器(MPY)算術(shù)運算單元(ALU)多總線訪問機制實現(xiàn)2n

次乘法/加法運算的硬件移位寄存器數(shù)字信號控制器(DSC)μC:帶有一個微處理器（μP）作為運算單元的單芯片微型計算機DSC:帶有一個數(shù)字信號處理器（DSP）作為運算單元的單芯片微型計算機結(jié)合DSP優(yōu)越的運算能力以及獨立數(shù)據(jù)、程序存儲結(jié)構(gòu)和外設(shè)，得到最高效的海量運算嵌入式實時控制解決方案DSC–Example:TiC2000系列DSP2.DSP的主要特點 優(yōu)點：大規(guī)模集成性 穩(wěn)定性好，精度高 可編程性 高速性能 可嵌入性 接口和集成方便缺點：成本較高，高頻時鐘的高頻干擾，功率消耗較大等

3.DSP芯片的主要應(yīng)用硬件實現(xiàn)非實時的數(shù)字信號處理高速實時數(shù)字信號處理高速實時數(shù)字控制DSP芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域4.DSP芯片介紹

4.1DSP芯片的分類

4.2DSP芯片的性能指標 指令周期：執(zhí)行一條指令的時間，如TI5402－100為10ns；

MAC時間：即乘加時間，一般為指令周期；

FFT時間：信號處理的重要指標；

MFLOPS：百萬次浮點操作/秒，包括浮點運算和存儲等操作 如TMS320C67xx可達1GFLOPS峰值性能；

MOPS：百萬次操作/秒，用于對DSP的綜合描述，包括地址計算、

DMA訪問、數(shù)據(jù)傳輸、I/O操作等；

MIPS：百萬條指令/秒；

MBPS：百萬位/秒，用于衡量DSP的數(shù)據(jù)傳輸能力。 芯片價格（包括配件），硬件資源，開發(fā)工具，功耗，封裝形式等因素。4.4DSP發(fā)展歷史和主要的供應(yīng)商 第一片DSP是1978年由AMI公司發(fā)布的S2811;

第一片具有乘法器的DSP是NEC公司的PD7720；

最成功的DSP為TI公司的五代產(chǎn)品和三大系列，市場分額達到50％；

AD公司的ADSP2101，ADSP2111,ADSP2171,ADSP21000等系列；Motolora公司的MC56001，MC96002等。 完成乘加操作的時間下降到10ns以下， 乘法部件占模片區(qū)從40％下降到5％， 引腳數(shù)從64增加到200以上， 重量和體積大大下降， 采用低電壓，功耗大大下降。5.TMS320系列DSP芯片介紹

5.1TMS320系列主要芯片發(fā)展

5.2TMS320系列主要芯片一覽表

5.3TMS320系列部分芯片介紹5.3.1TMS320C2xx包括C20x和C24X兩個系列處理能力強，指令周期為25ns片內(nèi)含有較大的閃存，成本低，體積小功耗低。3.3V工作時，每個MIPS消耗1.1mA資源配置靈活，為數(shù)字控制系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計5.3.2TMS320C54x

為無線通訊用的高性能價格比的芯片。運算速度快，達到10ns優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)。1個算術(shù)邏輯單元、2個累加器、2個加法器、1個乘法器和桶型移位器低功耗，可工作在1.8V智能外設(shè)，除標準的串行口和時分復(fù)用串行口外，還含有自動緩存串行口（2kbuffer)和外部處理器并行口HPI

5.3.3TMS320C4x

并行浮點處理器。275mops,320Mbyte/s數(shù)據(jù)吞吐量6個高速通訊接口6個DMA通道分開的數(shù)據(jù)和地址總線，16G連續(xù)的程序和數(shù)據(jù)存儲空間片內(nèi)分析模塊支持高效的并行處理調(diào)試片內(nèi)程序高速緩沖存儲器 5.3.4TMS320C62x

TI公司1997年開發(fā)的新型定點DSP芯片，用于無線基站，無線PDA，Modem,GPS等。速度快，指令周期為5ns，運算能力為1600MIPS內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，同時集成有2個乘法器和6個算術(shù)運算單元，一個周期內(nèi)可執(zhí)行8條32bit指令使用超長指令集，在一個周期內(nèi)可并行執(zhí)行幾個指令大容量片內(nèi)存儲器（片內(nèi)有512K程序和數(shù)據(jù)存儲器）和大范圍尋址空間多種外設(shè)，4個DMA，2個多通道緩存串口，2個計時器5.3.5TMS320C8x

多處理器DSP芯片，用于多媒體，視頻圖象，保密和雷達等。4個并行DSP芯片，可并行和單獨執(zhí)行，都由高速Cashe和專用數(shù)據(jù)RAM；通過傳輸控制器實現(xiàn)400M/s的數(shù)據(jù)傳輸；含有32位的RISC主控制器，用以實現(xiàn)高效C語言和作為操作系統(tǒng)的平臺存儲器Crossbar結(jié)構(gòu)，將50K的SRAM分成小塊，通過Crossbar開關(guān)機構(gòu)實現(xiàn)并行訪問，速度高達4.5GByte/s視頻控制器，用于任何捕獲和顯示的組合中6DSP硬件設(shè)計若干問題6.1復(fù)位電路 通過電容緩沖，使得系統(tǒng)復(fù)位信號/RS保持至少3個周期； 增加監(jiān)視自動復(fù)位電路（Watchdog)6.2狀態(tài)等待電路 可軟件實現(xiàn)狀態(tài)等待； 硬件實現(xiàn)時，可以通過查詢方式，將片選信號和READY相連；6.3存儲器接口 需要時加入狀態(tài)等待； 利用/PS,/DS等信號實現(xiàn)8位或16位存儲器的片選6.4DMA通信 當HOLD信號為高時，DSP放棄對總線的控制，有外部設(shè)備直接對存儲器進行讀寫操作，實現(xiàn)快速內(nèi)存訪問6.5電源電路 通過專用芯片實現(xiàn)雙電壓供電