《DSP设计与实现》PPT课件

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1、退 出 DSP设 计 与 实 现 1 绪 论2 TMS320C54x的 结 构 原 理 （ P39）3 TMS320LF24x的 结 构 原 理 （ P86）4 DSP的 软 件 设 计 及 C语 言 开 发 （ P173）5 DSP集 成 开 发 环 境 CCS（ P309）6 系 统 应 用 程 序 设 计 （ P345） 本 课 程 主 要 结 合 TMS320C54x、 TMS320LF240X两 个 系 列DSP介 绍 DSP的 相 关 结 构 原 理 、 开 发 技 术 。 退 出DSPDigital Signal Processing Digital Signal Process

2、or 1 绪 论1.1 什 么 是 DSP? DSP（ 数 字 信 号 处 理 ） 是 一 门 涉 及 多 门 学 科 并 广 泛 应 用 于很 多 科 学 和 工 程 领 域 的 新 兴 学 科 。 数 字 信 号 处 理 包 括 两 个 方 面 的 内 容 : 1） 算 法 的 研 究 2） 数 字 信 号 处 理 的 实 现 退 出 1.1 什 么 是 DSP 退 出 DSP-数 字 信 号 处 理 器 1.1 什 么 是 DSP 退 出 实 现方 法 1)软 件 法 （ 计 算 机 高 级 语 言 编 程 、 非 实 时 性 、 算 法 模 拟 ）2)硬 件 法 （ 数 字 电 路 ）

3、3)软 硬 件 结 合 法 (微 处 理 器 系 统 ) 通用计算机系统中加入专用的加速处理机； 单 片 机 ， 用 于 不 太 复 杂 的 数 字 信 号 处 理 ； 专 用 的 DSP芯 片 ， 用 户 无 需 编 程 ； 通 用 的 可 编 程 DSP芯 片 ， 具 有 可 编 程 性 和 强 大 的 处 理 能 力 ， 在实 时 DSP领 域 中 处 于 主 导 地 位 ； 基 于 通 用 DSP核 的 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯 片 实 现 。 DSP核 是 通 用 DSP器 件 中 的 CPU部 分 ， 再 配上 用

4、 户 所 需 的 存 储 器 和 外 设 组 成 用 户 的 ASIC。 ARM FPGA。 或 以 上 处 理 器 相 互 结 合 退 出 退 出 退 出C64xC55x,C547xC28x 30/31/32C55+ARM 1.4 TI DSP分 类 定 点 式 ： 动 态 范 围 小 ， 易 溢 出 ， 需 利 用 定 标 防 止 溢 出 ； 功 耗 低 。 浮 点 式 ： 动 态 范 围 大 ， 没 有 溢 出 风 险 ； 功 耗 较 大 。 四 个 工 作 平 台 退 出 优 化和 业 内 最 快 的 处 理 器提 高 单 片 的 多 通 道 的 处 理 能 力 ，TMS320C3X

5、浮 点 处 理 器 用 于 图 像 处 理 和 工 业 控 制符 号 含 义 ： C CMOS LC 3.3V,低 功 耗 , CMOS F 片 内 带 Flash LF 3.3V,低 功 耗 ,片 内 带 Flash A 芯 片 带 加 密 位 1.4 TI DSP分 类 退 出 C28x的 是 世 界 上 在 数 字 控 制 应 用 方 面 最 高 性 能 的 DSPs核 心。 内 含 flash内 存 以 及 高 达 150MIPS的 DSPs。 提 供 高 达 400 MIPS的计 算 频 宽 ,能 够 实 时 处 理 许 多 复 杂 的 控 制 算 法 ,如 ： 无 感 测 速 度

6、控制 、 随 机 的 PWM、 功 率 因 子 改 善 等 。 C28亦 是 世 界 上 程 序 代 码 最 有效 率 的 DSPs， 且 程 序 代 码 与 目 前 所 有 的 C2000 DSPs的 兼 容 。 退 出 退 出 0.15mW) 工 作 功 率 低 于 0.15mW/MHz， 执 行 速 度 高 达 900 MIPS， 满 足 实 时 嵌 入 设 备 的要 求 ， 退 出 退 出 退 出 黄 色 为 54x的 ；绿 色 为 55x比 54x增 多 的 ； 退 出 55x与 54x在 常 用 算 法 执 行 上 的 比 较 ： 退 出功效 （ 低 至 470mW 工 作 功 耗

7、 /7mW 待 机 功 耗 ） 、通 信 和 宽 带 基 础 设 施、 工 业 、 医 疗 、 测 试 和 测 量 、 高 端 计 算 和 高 性 能 音 频 等 应 用。 退 出 退 出 退 出 TMS320C647x 多 核 DSP(最 高 性 能 的 多 核 DSP) 多 个 C64x+ 内 核 集 成 在 一 个 芯 片 上 ， 具 有 高 达 4.2GHz 的 性 能 , 还 包 含 业 界 功 耗 最 低 的 多 核 器 件 , 最 佳 功 率 性 能 的 多核 DSP 具 有 3GHz 性 能 （ 在 6.5 MMAC/mW 时 ） 具 有 高 达 33,600 MMACS（ 1

8、6 位 ） 的 测 试 性 能 与 基 于 C64x 或 C64x+ 内 核 的 TI 单 核 DSP 100% 的 代 码 兼 容 性 ; 还 具 有 ： 串 行 器 /解 串 器 (SERDES) 接 口 和 串 行 快 速 I/O (SRIO) ; SGMII 以 太 网 MAC (EMAC) ， 天 线 接 口 (AIF) ， 高达 4.8MB 的 L1/L2 RAM ， 在 芯 片 上 以 667 MHz 运 行 的 TI 最快 速 的 DDR2 存 储 器 接 口 ， C647x 多 核 DSP 应 用 ： 通 信 基 础 设 施 、 高 端 产 业 、 任 务关 键 型 应 用

9、、 测 试 和 测 量 、 医 疗 成 像 等 。 退 出 退 出 哈 佛 (Havard)结 构 程 序 空 间 和 数 据 空 间 分 开 ， 各 自 有 自己 的 地 址 总 线 和 数 据 总 线 ， 能 够 同 时 取 指 令 (来 自 程 序 存 储器 )和 取 操 作 数 (来 自 数 据 存 储 器 )。图 哈 佛 结 构程 序 存储 器 程 序 地 址总 线 PAB程 序 数 据总 线 PDB 数 据 存储 器数 据 地 址总 线 DAB数 据 数 据总 线 DDB 改 进 的 哈 佛 结 构 允 许 在 程 序 空 间 和 数 据 空 间 之 间 相 互 存 储 、 传 送

10、 数 据 ,使 这 些数 据 可 以 由 算 术 运 算 指 令 直 接 调 用 ,增 强 芯 片 的 灵 活 性 ； 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 作 需 要 的 时 间 。 退 出多 条 地 址 、 数 据 总 线 ， 可 保 证 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

11、 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 。 总 线 越 多 ，在 同 一 时 间 内 实 现 的 操 作 越 多 ， 所 完 成 的 功 能 就 越 复 杂 。 DSP芯片 都 采 用 多 总 线 结 构 ， 大 大 地 提 高 了 DSP的 运 行 速 度 。 例 如 ,TMS320C240 x内 部 有 数 据 读 总 线 、 数 据 写 总 线 、 程 序读 总 线 ， 还 有 相 对 应 的 地 址 总 线 ， 可 以 实 现 ：一 个 机 器 周 期 内 从 程 序 存 储 器 取 1条 指

12、 令从 数 据 存 储 器 读 1个 操 作 数向 数 据 存 储 器 写 1个 操 作 数 内 部 总 线 是 个 十 分 重 要 的 资 源 。 2) 多 总 线 结 构 退 出 DSP执 行 一 条 指 令 ， 可 分 成 取 指 、 译 码 、 取 操 作 和 执 行 等 几个 阶 段 。 在 程 序 运 行 过 程 中 这 几 个 阶 段 是 重 叠 的 ， 这 样 ， 在 执 行本 条 指 令 的 同 时 ， 还 依 次 完 成 了 后 面 3条 指 令 的 取 操 作 数 、 译 码和 取 指 ， 将 指 令 周 期 降 低 到 最 小 值 。 利 用 这 种 流 水 线 结 构

13、 ， 加 上 执 行 重 复 操 作 ， 就 能 保 证 数 字 信号 处 理 中 用 得 最 多 的 乘 法 累 加 运 算 可 以 在 单 个 指 令 周 期 内 完 成 。四 级 流 水 线 操 作 3) 流 水 线 操 作 (pipeline) 退 出 4) 多 处 理 单 元 DSP内 部 一 般 都 包 括 有 多 个 处 理 单 元 ， 如 ：算 术 逻 辑 运 算 单 元 (ALU)辅 助 寄 存 器 运 算 单 元 (ARAU)累 加 器 (ACC)硬 件 乘 法 器 (MUL) 它 们 可 以 在 一 个 指 令 周 期 内 同 时 进 行 运 算 。 例 如 ， 当 执

14、行一 次 乘 法 和 累 加 的 同 时 ， 辅 助 寄 存 器 单 元 已 经 完 成 了 下 一 个 地址 的 寻 址 工 作 ， 为 下 一 次 乘 法 和 累 加 运 算 做 好 了 充 分 的 准 备 。 为 了 适 应 数 字 信 号 处 理 的 需 要 ， 当 前 的 DSP芯 片 都 配 有 专 用的 硬 件 乘 法 -累 加 单 元 (MAC)， 可 在 一 个 周 期 内 完 成 一 次 乘 法 和累 加 操 作 。 如 矩 阵 运 算 、 FIR和 IIR滤 波 、 FFT变 换 等 专 用 信 号 的处 理 。 退 出 5) 硬 件 配 置 强 除 CUP的 多 处 理

15、 单 元 外 ， DSP的 接 口 功 能 也 愈 来 愈 强 ， 更 易于 完 成 系 统 设 计 。 如 240 x集 成 了 AD转 换 器 、 片 内 闪 存 、 多 路 复 用 I/O引 脚 、 事件 管 理 器 、 串 行 通 信 接 口 模 块 、 串 行 外 设 模 块 、 具 有 独 立 总 线 的直 接 存 储 访 问 单 元 DMA、 CAN总 线 模 块 、 用 于 仿 真 的 JTAG接 口等 。 6） 特 殊 的 DSP指 令 为 了 更 好 地 满 足 数 字 信 号 处 理 应 用 的 需 要 ， 在 DSP的 指 令 系统 中 ， 设 计 了 一 些 特 殊

16、的 DSP指 令 。 例 如 ， 重 复 、 位 反 转 、 乘 积累 加 、 循 环 指 令 ， 又 如 240 x中 的 DMOV和 LDT指 令 ， 使 得 寻 址 、排 序 的 速 度 大 大 提 高 。 退 出8） 指 令 周 期 短 基 于 以 上 特 点 ， 以 及 DSP广 泛 采 用 亚 微 米 CMOS制 造 工 艺 ，其 运 行 速 度 越 来 越 快 。 如 C2000运 行 速 度 可 达 600MFLOPS，C5000运 行 速 度 可 达 600 MIPS； C6000的 运 行 速 度 达 到 8000 MIPS， 多 核 的 更 高 。 7) 运 算 精 度

17、高 一 般 DSP的 字 长 为 16位 、 24位 、 32位 。 为 防 止 运 算 过 程 中溢 出 ， 有 的 累 加 器 达 到 40位 。 此 外 ， 一 批 浮 点 DSP， 例 如 C3x、C4x、 ADSP21020等 ， 则 提 供 了 更 大 的 动 态 范 围 。 退 出 1.6 典 型 DSP系 统 构 成 退 出 1.7 DSP系 统 的 设 计 过 程 DSP应 用 系 统 的 设 计 过 程 如 图 所 示 。 根 据 需 求 写 出 任 务 书确 定 设 计 目 标算 法 研 究 和 系 统 模 拟 实 现定 义 系 统 性 能 指 标选 择 DSP芯 片和

18、外 围 芯 片硬 件 设 计 硬 件 调 试 软 件 设 计软 件 调 试系 统 集 成 和 测 试设 计 步 骤 分 几 个 阶 段 ： （ 1） 明 确 设 计 任 务 ， 确 定 设 计 目 标（ 2） 算 法 模 拟 ， 确 定 性 能 指 标 （ 3） 选 择 DSP芯 片 和 外 围 芯 片 （ 4） 设 计 实 时 的 DSP应 用 系 统 （ 5） 硬 件 和 软 件 调 试 （ 6） 系 统 集 成 和 测 试 退 出 退 出 退 出含 有 控 制 器 局 域 网 络 (CAN)2.0B模 块 。 3种 低 功 耗 模 式 的 电 源 管 理 。 3.3V内 核 工 作 电

19、源 5VFlash编 程 电 源 用 于 仿 真 的 JTAG接 口 退 出 u SPI与 SCI有 什 么 区 别 ？ 通 常 用 于 DSP与 扩 展 外 设 以 及 其 它 处 理 器 间 进 行 通 信 ， 如 显示 驱 动 器 、 ADC、 DAC、 EPROM、 RTC以 及 主 从 模 式 的多 处 理 器 应 用 等 。p 串 行 外 设 接 口 （ SPI） 是 一 种 同 步 串 行 输 入 /输 出 接 口 ， 传输 速 率 较 高 （ LSPCLK/4） ， 适 于 板 级 通 信 。p 串 行 通 信 接 口 （ SCI） 是 一 种 异 步 串 行 接 口 ， 通

20、常 需 经 过收 发 器 进 行 电 平 转 换 ， 通 信 速 率 较 低 ， 适 于 长 距 离 通 信 。u SPI适 于 那 些 应 用 场 合 ？ 退 出 在 TMS320LF240 x系 列 的 DSP中 ， 不 同 型 号 芯 片 的 引 脚 数 是 不同 的 。 TMS320LF2407A的 引 脚 涵 盖 了 其 他 芯 片 的 所 有 引 脚 。 退 出功 能 结 构 图C2 xxDSP内 核 DARAM(B0 )2 5 6 字 PLL时 钟DARAM(B1 )2 5 6 字 1 0 bit ADC具 有 双 排 序 器DARAM(B2 )3 2 字 SCISPICANSA

21、RAM 2 K字 WDFlash/ROM3 2 K 字4 K/1 2 K/1 2 K/4 K 数 字 I/O与 其 他 引 脚 共 享JTAG端 口外 部 存 储 器 接 口事 件 管 理 器 A 3 个 捕 获 输 入 6 个 比 较 /PWM输 出 2 个 定 时 器 /PWM 事 件 管 理 器 B 3 个 捕 获 输 入 6 个 比 较 /PWM输 出 2 个 定 时 器 /PWM 退 出 TMS320LF2407A共 有 144个 引 脚 ， 可 分 为 以 下 几 类 ： 事 件 管 理 器 A(EVA)引 脚 ； 事 件 管 理 器 B(EVB)引 脚 ； 模 数 转 换 器 (

22、ADC)引 脚 ； 通 信 模 块 (CAN/SPI/SCI)引 脚 ； 外 部 中 断 与 时 钟 引 脚 ； 振 荡 器 /PLL/FLASH/引 导 程 序 及 其 他 引 脚 ； JTAG仿 真 测 试 引 脚 ； 地 址 /数 据 和 存 储 器 控 制 信 号 引 脚 ； 电 源 引 脚 。 退 出控 制 界 面 系 统 控 制 程 序 地 址 控 制 数 据 地 址 控 制乘 法 器加 法 器 算 术 逻辑 运 算 桶 形移 位 器 程 序 /数 据 存 储 器串 行 口并 行 口定 时 器计 数 器中 断I/O扩 展 口中 央 处 理 器 比 较 器 特 殊 功 能寄 存 器

23、存 储控 制界 面外 设控 制界 面PABPBCABCBDABDBEABEB 退 出 模 块 化 结 构 设 计 ， 使 派 生 器 件 得 到 了 更 快 的 发 展 。 先 进 的 IC制 造 工 艺 ， 降 低 了 芯 片 的 功 耗 ,提 高 了 芯 片 的 性 能 。 采 用 先 进 的 静 态 设 计 技 术 ， 进 一 步 降 低 了 功 耗 ， 使 芯 片 具 有更 强 的 应 用 能 力 。 围 绕 1组 程 序 总 线 、 3组 数 据 总 线 和 4组 地 址 总 线 而 建 立 的 改进 哈 佛 结 构 ， 提 高 了 系 统 的 多 功 能 性 和 操 作 的 灵 活 性 。 高 度 并 行 性 和 专 用 硬 件 逻 辑 的 CPU设 计 ， 提 高 了 芯 片 的 性 能 具 有 完 善 的 寻 址 方 式 和 高 度 专 业 化 指 令 系 统 ,更 适 应 于 快 速 算法 的 实 现 和 高 级 语 言 编 程 的 优 化 。 退 出 电 源 引 脚 时 钟 引 脚 控 制 引 脚 封 装 不 同 引 脚 数 目 也 不 同 。 C5402 144引 脚