DSP课件第12章

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1、退出退出DSP技术技术1 1 1 1、2 DSP2 DSP2 DSP2 DSP综述、综述、综述、综述、TMS320LF240 xTMS320LF240 x系列系列系列系列DSPDSP概述概述概述概述3 TMS320LF240 x3 TMS320LF240 x3 TMS320LF240 x3 TMS320LF240 x的的的的CPUCPUCPUCPU功能模块和时钟模块功能模块和时钟模块功能模块和时钟模块功能模块和时钟模块4 4 4 4 系统配置和中断模块系统配置和中断模块系统配置和中断模块系统配置和中断模块5 5 存储器和存储器和存储器和存储器和I/OI/O空间空间空间空间6 6 数字输入输出数

2、字输入输出数字输入输出数字输入输出I/OI/O7 7 事件管理器事件管理器事件管理器事件管理器 （2424学时）学时）学时）学时）8 8 模数转换模数转换模数转换模数转换(ADC)(ADC)模块模块模块模块 (32 (32学时）学时）学时）学时）9 9 串行通信接口串行通信接口串行通信接口串行通信接口SCI SCI （3232学时）学时）学时）学时）1313、15 DSP15 DSP开发及开发及开发及开发及C C语言编程语言编程语言编程语言编程退出退出第第1 1章章 数字信号处理器数字信号处理器(DSPDSP)综述综述1.1 1.1 1.1 1.1 什么是什么是什么是什么是DSPDSPDSPD

3、SP1.2 DSP1.2 DSP1.2 DSP1.2 DSP技术的发展及现状技术的发展及现状技术的发展及现状技术的发展及现状1.3 DSP1.3 DSP1.3 DSP1.3 DSP的应用的应用的应用的应用1.4 1.4 1.4 1.4 DSPDSP与单片机、嵌入式微处理器的区别与单片机、嵌入式微处理器的区别与单片机、嵌入式微处理器的区别与单片机、嵌入式微处理器的区别1.5 DSP1.5 DSP的基本结构及主要特征的基本结构及主要特征的基本结构及主要特征的基本结构及主要特征1.6 DSP1.6 DSP的分类及主要技术指标的分类及主要技术指标的分类及主要技术指标的分类及主要技术指标1.7 1.7

4、如何选择如何选择如何选择如何选择DSPDSP退出退出作业作业作业作业1 1）什么是）什么是DSPDSP2 2）DSPDSP的基本特点的基本特点3 3）什么是改进型的哈佛结构）什么是改进型的哈佛结构 4 4）DSPDSP与单片机的主要区别与单片机的主要区别5 5）DSPDSP分类：分类：定点定点 浮点浮点6 6）24072407内部结构内部结构退出退出1.1 1.1 什么是什么是DSPDSPDSPDigital Signal Digital Signal ProcessingProcessingDigital Signal Digital Signal ProcessorProcessor?DS

5、PDSP（数字信号处理）是一门涉及多门学科并广泛应用于（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。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数字信号处理包括两个方面的内容:1算法的研究算法的研究 2数字信号处理的实现数字信号处理的实现 退出退出1.2 DSP技术的发展及现状技术的发展及现状退出退出 DSPDSP芯片是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，芯片是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，主要用于实时快速实现各种数字信号处理的算法。主要用于实时快速实现各种数字信号处理的算法。2020世纪世纪8080年代以前，由于受实现方

6、法的限制年代以前，由于受实现方法的限制,数字信号处理的数字信号处理的理论还不能得到广泛的应用。直到世界上第一块理论还不能得到广泛的应用。直到世界上第一块DSPDSP芯片的诞生，芯片的诞生，才使理论研究成果广泛应用到实际的系统中，并且推动了新的理才使理论研究成果广泛应用到实际的系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展。论和应用领域的发展。DSPDSP芯片的诞生及发展对近芯片的诞生及发展对近2020年来通信、计年来通信、计算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。DSPDSP芯片诞生于芯片诞生于2020世纪世纪7070年代末，经历了以下三个阶段。

7、年代末，经历了以下三个阶段。第一阶段，第一阶段，DSPDSP的雏形阶段（的雏形阶段（19801980年前后）。年前后）。19781978年年AMIAMI公司生产出第一片公司生产出第一片DSPDSP芯片芯片S2811S2811。19791979年美国年美国IntelIntel公司发布了商用可编程公司发布了商用可编程DSPDSP器件器件Intel2920,Intel2920,由于由于内部没有单周期的硬件乘法器内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据处，使芯片的运算速度、数据处理能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为理能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为单指令周单指令周期

8、期200250ns200250ns，应用领域仅局限应用领域仅局限于军事或航空航天部门。于军事或航空航天部门。1 1）DSPDSP技术的发展技术的发展退出退出第二阶段，第二阶段，DSPDSP的成熟阶段（的成熟阶段（19901990年前后）。年前后）。硬件结构上更适合数字信号处理的要求，能进行硬件结构上更适合数字信号处理的要求，能进行硬件乘法、硬件乘法、硬件硬件FFTFFT变换变换和和单指令滤波处理单指令滤波处理，其，其单指令周期为单指令周期为80100ns80100ns。如如TITI公司的公司的TMS320C20TMS320C20，它是该公司的第二代，它是该公司的第二代DSPDSP器件器件,采用

9、采用了了CMOSCMOS制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为语音处理、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。图像硬件处理技术的发展奠定了基础。2020世纪世纪8080年代后期，以年代后期，以TITI公司的公司的TMS320C30TMS320C30为代表的第三代为代表的第三代DSPDSP芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范围逐步应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。扩大到通信、计算机领域。这个时期的器件主要有这个时期的器件主要有:TI:TI公司的公司的TMS320C20TMS320C20、303

10、0、4040、5050系系列，列，MotorolaMotorola公司的公司的DSP5600DSP5600、96009600系列，系列，AT&TAT&T公司的公司的DSP32DSP32等。等。1.2 DSP技术的发展及现状技术的发展及现状退出退出第三阶段，第三阶段，DSP的完善阶段（的完善阶段（2000年以后）。年以后）。这一时期各这一时期各DSPDSP制造商不仅使制造商不仅使信号处理能力更加完善信号处理能力更加完善,而且使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、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成本不断下降

11、。尤其是各种通用外设集成到片上,大大地提高了数大大地提高了数字信号处理能力。字信号处理能力。这一时期的这一时期的DSPDSP运算速度可达到运算速度可达到单指令周期单指令周期10ns10ns左右，左右，可在可在WindowsWindows环境下直接环境下直接用用C C语言编程语言编程,使用方便灵活，使使用方便灵活，使DSPDSP芯片不仅在芯片不仅在通信、计算机领域得到了广泛的应用，而且逐渐渗通信、计算机领域得到了广泛的应用，而且逐渐渗透到人们日常消费领域透到人们日常消费领域。目前目前,DSP,DSP芯片的发展非常迅速。硬件方面主要是向多处理器芯片的发展非常迅速。硬件方面主要是向多处理器的并行处理

12、结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容量片的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容量片上上RAMRAM和和ROMROM、程序加密、增加、程序加密、增加I/OI/O驱动能力、外围电路内装化、低驱动能力、外围电路内装化、低功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台的完善，使功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台的完善，使DSPDSP的的应用开发更加灵活方便。应用开发更加灵活方便。1.2 DSP技术的发展及现状技术的发展及现状退出退出1.2 DSP技术的发展及现状技术的发展及现状退出退出2 2）DSPDSP技术的现状技术的现状1.2 DSP技术的发展及现状技术的发展及现状（1 1

13、）制造工艺）制造工艺）制造工艺）制造工艺 早期早期早期早期DSPDSP采用采用采用采用4 4 mm的的的的NMOSNMOS工艺。现在的工艺。现在的工艺。现在的工艺。现在的DSPDSP芯片普遍采用芯片普遍采用芯片普遍采用芯片普遍采用0 0.2525 mm或或或或0 0.1818 mm亚微米的亚微米的亚微米的亚微米的CMOSCMOS工艺。芯片引脚从原来的工艺。芯片引脚从原来的工艺。芯片引脚从原来的工艺。芯片引脚从原来的4040个个个个增加到增加到增加到增加到200200个以上，需要设计的外围电路越来越少，成本、体积和个以上，需要设计的外围电路越来越少，成本、体积和个以上，需要设计的外围电路越来越少

14、，成本、体积和个以上，需要设计的外围电路越来越少，成本、体积和功耗不断下降。功耗不断下降。功耗不断下降。功耗不断下降。（2 2）存储器容量）存储器容量）存储器容量）存储器容量 早期的早期的早期的早期的DSPDSP芯片，其片内程序存储器和数据存储器只有几百芯片，其片内程序存储器和数据存储器只有几百芯片，其片内程序存储器和数据存储器只有几百芯片，其片内程序存储器和数据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个单元。目前，片内程序和数据存储器可达到几十个单元。目前，片内程序和数据存储器可达到几十个单元。目前，片内程序和数据存储器可达到几十KK字，而片外字，而片外字，而片外字，而片外

15、程序存储器和数据存储器可达到程序存储器和数据存储器可达到程序存储器和数据存储器可达到程序存储器和数据存储器可达到16M16M 4848位和位和位和位和4G4G 4040位以上。位以上。位以上。位以上。（3 3）内部结构）内部结构）内部结构）内部结构 目前，目前，目前，目前，DSPDSP内部均采用多总线、多处理单元和多级流水线内部均采用多总线、多处理单元和多级流水线内部均采用多总线、多处理单元和多级流水线内部均采用多总线、多处理单元和多级流水线结构，加上完善的接口功能，使结构，加上完善的接口功能，使结构，加上完善的接口功能，使结构，加上完善的接口功能，使DSPDSP的系统功能、数据处理能的系统功

16、能、数据处理能的系统功能、数据处理能的系统功能、数据处理能力和与外部设备的通信功能都有了很大的提高。力和与外部设备的通信功能都有了很大的提高。力和与外部设备的通信功能都有了很大的提高。力和与外部设备的通信功能都有了很大的提高。退出退出2 2）DSPDSP技术的现状技术的现状1.2 DSP技术的发展及现状技术的发展及现状（4 4）运算速度）运算速度）运算速度）运算速度 近近近近2020年的发展，使年的发展，使年的发展，使年的发展，使DSPDSP的指令周期从的指令周期从的指令周期从的指令周期从400ns400ns缩短到缩短到缩短到缩短到10ns10ns以下，以下，以下，以下，其相应的速度从其相应的

17、速度从其相应的速度从其相应的速度从2 2.5MIPS5MIPS提高到提高到提高到提高到2000MIPS2000MIPS以上。以上。以上。以上。（5 5）高度集成化）高度集成化）高度集成化）高度集成化 集滤波、集滤波、集滤波、集滤波、A/DA/D、D/AD/A、ROMROM、RAMRAM和和和和DSPDSP内核于一体的模拟内核于一体的模拟内核于一体的模拟内核于一体的模拟混合式混合式混合式混合式DSPDSP芯片已有较大的发展和应用。芯片已有较大的发展和应用。芯片已有较大的发展和应用。芯片已有较大的发展和应用。（6 6）运算精度和动态范围）运算精度和动态范围）运算精度和动态范围）运算精度和动态范围

18、DSPDSP的字长从的字长从的字长从的字长从8 8位已增加到位已增加到位已增加到位已增加到3232位，累加器的长度也增加到位，累加器的长度也增加到位，累加器的长度也增加到位，累加器的长度也增加到4040位，从而提高了运算精度。同时，采用超长字指令字（位，从而提高了运算精度。同时，采用超长字指令字（位，从而提高了运算精度。同时，采用超长字指令字（位，从而提高了运算精度。同时，采用超长字指令字（VLIWVLIW）结构和高性能的浮点运算，扩大了数据处理的动态范围。结构和高性能的浮点运算，扩大了数据处理的动态范围。结构和高性能的浮点运算，扩大了数据处理的动态范围。结构和高性能的浮点运算，扩大了数据处理

19、的动态范围。（7 7）开发工具）开发工具）开发工具）开发工具 具有较完善的软件和硬件开发工具，如：软件仿真器具有较完善的软件和硬件开发工具，如：软件仿真器具有较完善的软件和硬件开发工具，如：软件仿真器具有较完善的软件和硬件开发工具，如：软件仿真器SimulatorSimulator、在线仿真器、在线仿真器、在线仿真器、在线仿真器EmulatorEmulator、C C编译器和集成开发环境等，编译器和集成开发环境等，编译器和集成开发环境等，编译器和集成开发环境等，给开发应用带来很大方便。给开发应用带来很大方便。给开发应用带来很大方便。给开发应用带来很大方便。退出退出*3*3）DSPDSP技术的发

20、展趋势技术的发展趋势1.2 DSP技术的发展及现状技术的发展及现状（1 1）DSPDSP的内核结构将进一步改善的内核结构将进一步改善的内核结构将进一步改善的内核结构将进一步改善 多通道结构和单指令多重数据（多通道结构和单指令多重数据（多通道结构和单指令多重数据（多通道结构和单指令多重数据（SIMDSIMD）、特大指令字组）、特大指令字组）、特大指令字组）、特大指令字组（VLIMVLIM）将在新的高性能处理器中占主导地位，如）将在新的高性能处理器中占主导地位，如）将在新的高性能处理器中占主导地位，如）将在新的高性能处理器中占主导地位，如ADAD公司的公司的公司的公司的 ADSPADSP-2116

21、x2116x。（2 2）DSP DSP 和微处理器的融合和微处理器的融合和微处理器的融合和微处理器的融合 微处理器微处理器微处理器微处理器MPUMPU：是一种执行智能定向控制任务的通用处理是一种执行智能定向控制任务的通用处理是一种执行智能定向控制任务的通用处理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。很差。很差。很差。DSPDSP处理器：处理器：处理器：处理器：具有高速的数

22、字信号处理能力。具有高速的数字信号处理能力。具有高速的数字信号处理能力。具有高速的数字信号处理能力。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能。功能。功能。功能。将将将将DSPDSP和微处理器结合起来，可简化设计，加速产品的开发，和微处理器结合起来，可简化设计，加速产品的开发，和微处理器结合起来，可简化设计，加速产品的开发，和微处理器结合起来，可简化设计，加速产品的开发，减小减小减小减小PCBPCB体积，降低功耗和整个系统的成

23、本。体积，降低功耗和整个系统的成本。体积，降低功耗和整个系统的成本。体积，降低功耗和整个系统的成本。退出退出*3*3）DSPDSP技术的发展趋势技术的发展趋势1.2 DSP技术的发展及现状技术的发展及现状（7 7）DSPDSP的并行处理结构的并行处理结构的并行处理结构的并行处理结构 为了提高为了提高DSP芯片的运算速度，各芯片的运算速度，各DSP厂商纷纷在厂商纷纷在DSP芯片中芯片中引入并行处理机制。这样，可以在同一时刻将不同的引入并行处理机制。这样，可以在同一时刻将不同的DSP与不同与不同的任一存储器连通，大大提高数据传输的速率。的任一存储器连通，大大提高数据传输的速率。（8 8）功耗越来越

24、低）功耗越来越低）功耗越来越低）功耗越来越低 随着超大规模集成电路技术和先进的电源管理设计技术的发随着超大规模集成电路技术和先进的电源管理设计技术的发随着超大规模集成电路技术和先进的电源管理设计技术的发随着超大规模集成电路技术和先进的电源管理设计技术的发展，展，展，展，DSPDSP芯片内核的电源电压将会越来越低。芯片内核的电源电压将会越来越低。芯片内核的电源电压将会越来越低。芯片内核的电源电压将会越来越低。总之，对于高速、高密度数据处理应用，总之，对于高速、高密度数据处理应用，DSPDSP将向多核转将向多核转变，目前已经有一款变，目前已经有一款6 6核方案，在未来核方案，在未来2525年可能一

25、个年可能一个DSPDSP芯片将芯片将集成百个处理器。集成百个处理器。而对于那些不属于高密度的应用，而对于那些不属于高密度的应用，DSPDSP将来的发展方向是将来的发展方向是SoCSoC。这些新的。这些新的SoCSoC集成系统将在系统处理器集成系统将在系统处理器(如如ARM)ARM)的控制下，的控制下，同时使用可编程同时使用可编程DSPDSP和可配置和可配置DSPDSP加速器，它们将成为许多创新加速器，它们将成为许多创新性产品的开发平台。性产品的开发平台。可编程可编程SoCSoC是未来是未来DSPDSP的生存之道。的生存之道。退出退出1.3 DSP的应用的应用 随着随着随着随着DSPDSP芯片价

26、格的下降，性能价格比的提高，芯片价格的下降，性能价格比的提高，芯片价格的下降，性能价格比的提高，芯片价格的下降，性能价格比的提高，DSPDSP芯片芯片芯片芯片具有巨大的应用潜力。具有巨大的应用潜力。具有巨大的应用潜力。具有巨大的应用潜力。主要应用：主要应用：主要应用：主要应用：1.1.信号处理信号处理信号处理信号处理 2.2.通通通通 信信信信 3.3.语语语语 音音音音 4.4.图像处理图像处理图像处理图像处理 5.5.军军军军 事事事事 6.6.仪器仪表仪器仪表仪器仪表仪器仪表 7.7.自动控制自动控制自动控制自动控制 8.8.医疗工程医疗工程医疗工程医疗工程 9.9.家用电器家用电器家用

27、电器家用电器 10.10.计计计计 算算算算 机机机机如：数字滤波、自适应滤波、如：数字滤波、自适应滤波、快速傅氏变换、快速傅氏变换、Hilbert变换、变换、相关运算、频谱分析、相关运算、频谱分析、卷卷 积、模式匹配、积、模式匹配、窗函数、波形产生等；窗函数、波形产生等；如：调制解调器、自适应均衡、如：调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、传真、扩频通信、移动通信、纠错编译码、移动通信、纠错编译码、可视电话、路由器等；可视电话、路由器等；如：语音编码、语音合成、如：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音识

28、别、语音增强、语音邮件、语音存储、语音邮件、语音存储、文本文本语音转换等；语音转换等；如：二维和三维图形处理、如：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像压缩与传输、图像鉴别、图像增强、图像鉴别、图像增强、图像转换、模式识别、图像转换、模式识别、动画、电子地图、动画、电子地图、机器人视觉等；机器人视觉等；如：保密通信如：保密通信 雷达处理雷达处理 声纳处理声纳处理 导航导航 导弹制导导弹制导 电子对抗电子对抗 全球定位全球定位GPS 搜索与跟踪搜索与跟踪 情报收集与处理等情报收集与处理等 如：频谱分析、函数发生、如：频谱分析、函数发生、数据采集、锁相环、数据采集、锁相环、模态分析、暂态分析、模

29、态分析、暂态分析、石油石油/地质勘探、地质勘探、地震预测与处理等；地震预测与处理等；如：引擎控制如：引擎控制 声声 控控 发动机控制发动机控制 自动驾驶自动驾驶 机器人控制机器人控制 磁盘磁盘/光盘伺服控制光盘伺服控制 神经网络控制等神经网络控制等如：助听器如：助听器 X-射线扫描射线扫描 心电图心电图/脑电图脑电图 超声设备超声设备 核磁共振核磁共振 诊断工具诊断工具 病人监护等病人监护等 如：高保真音响如：高保真音响 音乐合成音乐合成 音调控制音调控制 玩具与游戏玩具与游戏 数字电话数字电话/电视电视 高清晰度电视高清晰度电视HDTV 变频空调变频空调 机顶盒等机顶盒等 如：震裂处理器如：

30、震裂处理器 图形加速器图形加速器 工作站工作站 多媒体计算机等多媒体计算机等 退出退出1.1.3 3 DSP DSP与单片机、嵌入式微处理器的区别与单片机、嵌入式微处理器的区别与单片机、嵌入式微处理器的区别与单片机、嵌入式微处理器的区别 单片机单片机(微控制器微控制器):用于不太复杂的数字信号处理。结构较简用于不太复杂的数字信号处理。结构较简单，没有乘法器，单，没有乘法器，I/O接口多，位控制能力强，成本低，使用方便。接口多，位控制能力强，成本低，使用方便。如如51系列，系列，AVR系列，系列，PIC系列等系列等 嵌入式微处理器：嵌入式微处理器：基于通用计算机基于通用计算机CPU，具有较高的抗

31、干扰能，具有较高的抗干扰能力，可靠性高，地址线较多，存储空间大，可配备实时操作系统，力，可靠性高，地址线较多，存储空间大，可配备实时操作系统，如，如，ARM7/ARM9等，多用于控制系统。等，多用于控制系统。DSP：结构复杂，片内设计有硬件乘法器及累加器，多处理单结构复杂，片内设计有硬件乘法器及累加器，多处理单元，多总线结构，流水线技术，专门的指令系统，能够高速、实元，多总线结构，流水线技术，专门的指令系统，能够高速、实时地实现具有乘积累加特点的、复杂的数字信号处理算法。如时地实现具有乘积累加特点的、复杂的数字信号处理算法。如TI的的TMS320系列等。系列等。退出退出1.5 DSP的基本结构

32、及主要特征的基本结构及主要特征 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。除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制能力外实时性。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、指令在处理器的结构、指令系统、指令流程上作了很大的改进流程上作了很大的改进,其主要特点如下：其主要特点如下：冯冯诺诺诺诺伊伊伊伊曼曼(Von-Neumann)结结构构程程序序存存储储器器与与数数据据存存储储器器合合为为一一体体，单单地地址址、数数据据总总线线，不不能能同

33、同时时取取指指令令和和取取操操作作数数，易造成传输通道上的瓶颈现象。易造成传输通道上的瓶颈现象。1）哈佛结构哈佛结构 图图 冯冯诺伊曼结构诺伊曼结构CPUCPU程序与数程序与数据存储器据存储器地址总线地址总线AB数据总线数据总线DB退出退出1.5 DSP的基本结构及主要特征的基本结构及主要特征哈哈佛佛(Havard)结结构构程程序序空空间间和和数数据据空空间间分分开开，各各自自有有自自己己的的地地址址总总线线和和数数据据总总线线，能能够够同同时时取取指指令令(来来自自程程序序存存储储器器)和取操作数和取操作数(来自数据存储器来自数据存储器)。图图 哈佛结构哈佛结构CPUCPU程序存程序存储器储

34、器程序地址程序地址总线总线PAB程序数据程序数据总线总线PDB数据存数据存储器储器数据地址数据地址总线总线DAB数据数据数据数据总线总线DDB改改进进的的哈哈佛佛结结构构采采采采用用用用双双双双存存存存储储储储空空空空间间间间和和和和多多多多条条条条总总总总线线线线，即即即即一一一一条条条条程程程程序总线和多条数据总线。特点为：序总线和多条数据总线。特点为：序总线和多条数据总线。特点为：序总线和多条数据总线。特点为：允许在程序空间和数据空间之间相互存储、传送数据允许在程序空间和数据空间之间相互存储、传送数据,使这些使这些数据可以由算术运算指令直接调用数据可以由算术运算指令直接调用,增强芯片的灵

35、活性；增强芯片的灵活性；提供了存储指令的高速缓冲器（提供了存储指令的高速缓冲器（cache）和相应的指令）和相应的指令,当重当重复执行这些指令时复执行这些指令时,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程序存储器中读出,从而减少了指令执行作需要的时间。从而减少了指令执行作需要的时间。退出退出1.5 DSP的基本结构及主要特征的基本结构及主要特征多多条条地地址址、数数据据总总线线，可可保保证证同同时时进进行行取取指指令令和和多多个个数数据据存存取取操操作作，并并由由辅辅助助寄寄存存器器自自动动增增减减地地址址进进行行寻寻址址，使使CPU在在一一

36、个个机机器器周周期期内内可可多多次次对对程程序序空空间间和和数数据据空空间间进进行行访访问问。总总线线越越多多，在在同同一一时时间间内内实实现现的的操操作作越越多多，所所完完成成的的功功能能就就越越复复杂杂。DSP芯芯片都采用多总线结构，大大地提高了片都采用多总线结构，大大地提高了DSP的运行速度。的运行速度。例例如如,TMS320C240 x内内部部有有数数据据读读总总线线、数数据据写写总总线线、程程序序读总线，还有相对应的地址总线，读总线，还有相对应的地址总线，可以实现：可以实现：一个机器周期内从程序存储器取一个机器周期内从程序存储器取1条指令条指令从数据存储器读从数据存储器读1个操作数个

37、操作数向数据存储器写向数据存储器写1个操作数个操作数 内部总线是个十分重要的资源。内部总线是个十分重要的资源。2)多总线结构多总线结构退出退出1.5 DSP的基本结构及主要特征的基本结构及主要特征 DSP执执行行一一条条指指令令，可可分分成成取取指指、译译码码、取取操操作作和和执执行行等等几几个个阶阶段段。在在程程序序运运行行过过程程中中这这几几个个阶阶段段是是重重叠叠的的，这这样样，在在执执行行本本条条指指令令的的同同时时，还还依依次次完完成成了了后后面面3条条指指令令的的取取操操作作数数、译译码码和取指，将指令周期降低到最小值。和取指，将指令周期降低到最小值。利利用用这这种种流流水水线线结

38、结构构，加加上上执执行行重重复复操操作作，就就能能保保证证数数字字信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。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。时钟时钟时钟时钟时钟时钟取指令取指令取指令取指令取指令取指令指令译码指令译码指令译码指令译码指令译码指令译码取操作数取操作数取操作数取操作数取操作数取操作数执行指令执行指令执行指令执行指令执行指令执行指令T1T1T1T1T1T1T2T2T2T2T2T2T3T3T3T3T3T3T4T4T4T4T4T4N N N NN NN-1N-1N-1N-1N-1N-1N-2N-2N-2N-2N-2N-2N-3N-3N-3N-3N

39、-3N-3N+1N+1N+1N+1N+1N+1N N N NN NN-1N-1N-1N-1N-1N-1N-2N-2N-2N-2N-2N-2N+2N+2N+2N+2N+2N+2N+1N+1N+1N+1N+1N+1N N N NN NN-1N-1N-1N-1N-1N-1N+3N+3N+3N+3N+3N+3N+2N+2N+2N+2N+2N+2N+1N+1N+1N+1N+1N+1N N N NN N四级流水线操作四级流水线操作四级流水线操作四级流水线操作3)流水线操作流水线操作(pipeline)退出退出1.5 DSP的基本结构及主要特征的基本结构及主要特征4)多处理单元多处理单元 DSP内部一般都包

40、括有多个处理单元，如：内部一般都包括有多个处理单元，如：算术逻辑运算单元算术逻辑运算单元(ALU)辅助寄存器运算辅助寄存器运算单元单元(ARAU)累加器累加器(ACC)硬件乘法器硬件乘法器(MUL)它它们们可可以以在在一一个个指指令令周周期期内内同同时时进进行行运运算算。例例如如，当当执执行行一一次次乘乘法法和和累累加加的的同同时时，辅辅助助寄寄存存器器单单元元已已经经完完成成了了下下一一个个地地址址的的寻址工作，为下一次乘法和累加运算做好了充分的准备。寻址工作，为下一次乘法和累加运算做好了充分的准备。为为了了适适应应数数字字信信号号处处理理的的需需要要，当当前前的的DSP芯芯片片都都配配有有

41、专专用用的的硬硬件件乘乘法法-累累加加单单元元(MAC)，可可在在一一个个周周期期内内完完成成一一次次乘乘法法和和累累加加操操作作。如如矩矩阵阵运运算算、FIR和和IIR滤滤波波、FFT变变换换等等专专用用信信号号的的处理。处理。退出退出1.5 DSP的基本结构及主要特征的基本结构及主要特征5)硬件配置强硬件配置强 除除CUP的的多多处处理理单单元元外外，DSP的的接接口口功功能能也也愈愈来来愈愈强强，更更易易于完成系统设计。于完成系统设计。如如240 x集集成成了了AD转转换换器器、片片内内闪闪存存、多多路路复复用用I/O引引脚脚、事事件件管管理理器器、串串行行通通信信接接口口模模块块、串串

42、行行外外设设模模块块、具具有有独独立立总总线线的的直直接接存存储储访访问问单单元元DMA、CAN总总线线模模块块、用用于于仿仿真真的的JTAG接接口口等。等。6）特殊的特殊的DSP指令指令 为为了了更更好好地地满满足足数数字字信信号号处处理理应应用用的的需需要要，在在DSP的的指指令令系系统统中中，设设计计了了一一些些特特殊殊的的DSP指指令令。例例如如，重重复复、位位反反转转、乘乘积积累累加加、循循环环指指令令，又又如如240 x中中的的DMOV和和LDT指指令令，使使得得寻寻址址、排序的速度大大提高排序的速度大大提高。退出退出1.5 DSP的基本结构及主要特征的基本结构及主要特征8）指令周

43、期短指令周期短 基基于于以以上上特特点点，以以及及DSP广广泛泛采采用用亚亚微微米米CMOS制制造造工工艺艺，其其运运行行速速度度越越来来越越快快。如如C2000运运行行速速度度可可达达600MFLOPS，C5000运行速度可达运行速度可达600 MIPS。；C6000的运行速度达到的运行速度达到8000 MIPS，多核的更高，多核的更高。7)运算精度高运算精度高 一一般般DSP的的字字长长为为16位位、24位位、32位位。为为防防止止运运算算过过程程中中溢溢出出，有有的的累累加加器器达达到到40位位。此此外外，一一批批浮浮点点DSP，例例如如C3x、C4x、ADSP21020等，则提供了更大

44、的动态范围。等，则提供了更大的动态范围。退出退出1.6 DSP的分类及主要技术指标的分类及主要技术指标1.1.6.1 6.1 DSPDSP的分类的分类的分类的分类 1 1）按用途分类）按用途分类）按用途分类）按用途分类 2 2）按数据格式分类按数据格式分类按数据格式分类按数据格式分类1 1）按用途分类按用途分类按用途分类按用途分类 按照用途，可将按照用途，可将按照用途，可将按照用途，可将DSPDSP芯片分为通用型和专用型两大类。芯片分为通用型和专用型两大类。芯片分为通用型和专用型两大类。芯片分为通用型和专用型两大类。通用型通用型通用型通用型DSPDSP芯片：芯片：芯片：芯片：一般是指可以用指令

45、编程的一般是指可以用指令编程的一般是指可以用指令编程的一般是指可以用指令编程的DSPDSP芯片，芯片，芯片，芯片，适合于普通的适合于普通的适合于普通的适合于普通的DSPDSP应用，具有可编程性和强大的处理能力，可应用，具有可编程性和强大的处理能力，可应用，具有可编程性和强大的处理能力，可应用，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的算法。完成复杂的数字信号处理的算法。完成复杂的数字信号处理的算法。完成复杂的数字信号处理的算法。专用型专用型专用型专用型DSPDSP芯片：芯片：芯片：芯片：是为特定的是为特定的是为特定的是为特定的DSPDSP运算而设计，通常只针运算而设计，通常只针运

46、算而设计，通常只针运算而设计，通常只针对某一种应用，相应的算法由内部硬件电路实现，适合于数字对某一种应用，相应的算法由内部硬件电路实现，适合于数字对某一种应用，相应的算法由内部硬件电路实现，适合于数字对某一种应用，相应的算法由内部硬件电路实现，适合于数字滤波、滤波、滤波、滤波、FFTFFT、卷积和相关算法等特殊的运算。主要用于要求信、卷积和相关算法等特殊的运算。主要用于要求信、卷积和相关算法等特殊的运算。主要用于要求信、卷积和相关算法等特殊的运算。主要用于要求信号处理速度极快的特殊场合。号处理速度极快的特殊场合。号处理速度极快的特殊场合。号处理速度极快的特殊场合。退出退出1.6 DSP的分类及

47、主要技术指标的分类及主要技术指标1.1.6.1 6.1 DSPDSP的分类的分类的分类的分类 1 1）按用途分类）按用途分类）按用途分类）按用途分类 2 2）按数据格式分类按数据格式分类按数据格式分类按数据格式分类2 2）按数据格式分类）按数据格式分类）按数据格式分类）按数据格式分类 根根根根据据据据芯芯芯芯片片片片工工工工作作作作的的的的数数数数据据据据格格格格式式式式，按按按按其其其其精精精精度度度度或或或或动动动动态态态态范范范范围围围围，可可可可将将将将通用通用通用通用DSPDSP划分为定点划分为定点划分为定点划分为定点DSPDSP和浮点和浮点和浮点和浮点DSPDSP两类。两类。两类。

48、两类。若数据以定点格式工作的若数据以定点格式工作的若数据以定点格式工作的若数据以定点格式工作的定点定点定点定点DSPDSP芯片。芯片。芯片。芯片。若数据以浮点格式工作的若数据以浮点格式工作的若数据以浮点格式工作的若数据以浮点格式工作的浮点浮点浮点浮点DSPDSP芯片。芯片。芯片。芯片。不同的浮点不同的浮点不同的浮点不同的浮点DSPDSP芯片所采用的浮点格式有所不同，有的芯片所采用的浮点格式有所不同，有的芯片所采用的浮点格式有所不同，有的芯片所采用的浮点格式有所不同，有的DSPDSP芯片采用自定义的浮点格式，有的芯片采用自定义的浮点格式，有的芯片采用自定义的浮点格式，有的芯片采用自定义的浮点格式

49、，有的DSPDSP芯片则采用芯片则采用芯片则采用芯片则采用IEEEIEEE的的的的标准浮点格式。标准浮点格式。标准浮点格式。标准浮点格式。退出退出1.6 DSP的分类及主要技术指标的分类及主要技术指标1.1.6.2 6.2 DSPDSP的主要技术指标的主要技术指标的主要技术指标的主要技术指标1)1)时钟频率时钟频率时钟频率时钟频率 外部时钟频率，一般指晶振频率；外部时钟频率，一般指晶振频率；外部时钟频率，一般指晶振频率；外部时钟频率，一般指晶振频率；内内内内部部部部工工工工作作作作主主主主频频频频，反反反反映映映映DSPDSP的的的的数数数数据据据据处处处处理理理理速速速速度度度度。主主主主频

50、频频频=晶晶晶晶振振振振频频频频率率率率X X锁相环的倍频系数。锁相环的倍频系数。锁相环的倍频系数。锁相环的倍频系数。通通通通常常常常，DSPDSP采采采采用用用用较较较较低低低低的的的的晶晶晶晶振振振振(减减减减少少少少干干干干扰扰扰扰)经经经经倍倍倍倍频频频频得得得得到到到到较较较较高高高高的的的的主频以提高数据处理速度。主频以提高数据处理速度。主频以提高数据处理速度。主频以提高数据处理速度。2 2）机器周期）机器周期）机器周期）机器周期 DSPDSP执执执执行行行行一一一一条条条条指指指指令令令令所所所所虚虚虚虚脱脱脱脱的的的的时时时时间间间间。DSPDSP的的的的大大大大部部部部分分分

51、分指指指指令令令令都都都都是单周期的，也能反映是单周期的，也能反映是单周期的，也能反映是单周期的，也能反映DSPDSP的数据处理速度。的数据处理速度。的数据处理速度。的数据处理速度。3 3）MIPSMIPS Millions Millions of of Instruction Instruction Per Per Second,Second,每每每每秒秒秒秒执执执执行行行行百百百百万万万万条条条条指指指指令令令令。综综综综合合合合了了了了时时时时钟钟钟钟频频频频率率率率、并并并并行行行行度度度度、机机机机器器器器周周周周期期期期等等等等来来来来反反反反映映映映处处处处理理理理速速速速度度度

52、度的的的的指指指指标标标标，与机器周期互为倒数。与机器周期互为倒数。与机器周期互为倒数。与机器周期互为倒数。退出退出1.6 DSP的分类及主要技术指标的分类及主要技术指标1.1.6.2 6.2 DSPDSP的主要技术指标的主要技术指标的主要技术指标的主要技术指标3)MOPS3)MOPS Millions Millions of of Operation Operation Per Per Second,Second,每每每每秒秒秒秒执执执执行行行行百百百百万万万万次次次次操操操操作作作作。操操操操作作作作次次次次数数数数 指指指指令令令令条条条条数数数数，不不不不同同同同的的的的DSPDSP对

53、对对对操操操操作作作作的的的的定定定定义义义义不不不不同同同同，不不不不同同同同的的的的指指指指令所需要完成的操作次数也不同。令所需要完成的操作次数也不同。令所需要完成的操作次数也不同。令所需要完成的操作次数也不同。4 4）MFLOPSMFLOPS Millions Millions of of Float Float Operation Operation Per Per SecondSecond，每每每每秒秒秒秒执执执执行行行行百百百百万万万万次浮点运算。是衡量浮点次浮点运算。是衡量浮点次浮点运算。是衡量浮点次浮点运算。是衡量浮点DSPDSP运算能力的指标之一。运算能力的指标之一。运算能力

54、的指标之一。运算能力的指标之一。5 5）MACSMACS 1s 1s之内之内之内之内DSPDSP完成乘积累加的次数。完成乘积累加的次数。完成乘积累加的次数。完成乘积累加的次数。以以以以上上上上指指指指标标标标只只只只是是是是反反反反映映映映DSPDSP片片片片内内内内全全全全速速速速运运运运行行行行的的的的速速速速度度度度，不不不不代代代代表表表表整整整整个个个个系系系系统的处理速度。统的处理速度。统的处理速度。统的处理速度。退出退出1.7 如何选择如何选择DSP 主要取决于应用场合，以够用、低成本为前提。主要取决于应用场合，以够用、低成本为前提。1)1)数据格式的选择数据格式的选择数据格式的

55、选择数据格式的选择 定点还是浮点？定点还是浮点？定点还是浮点？定点还是浮点？浮浮浮浮点点点点：动动动动态态态态范范范范围围围围大大大大，编编编编程程程程容容容容易易易易些些些些，但但但但是是是是结结结结构构构构复复复复杂杂杂杂，功功功功耗耗耗耗较较较较大。大。大。大。定定点点：动动态态范范围围较较小小，编编程程需需要要考考虑虑数数据据的的动动态态范范围围和和精精度，但是功耗低、成本低。度，但是功耗低、成本低。2 2）数据宽度）数据宽度）数据宽度）数据宽度 浮浮浮浮点点点点DSPDSP为为为为3232位位位位，大大大大部部部部分分分分定定定定点点点点DSPDSP为为为为1616位位位位，也也也也

56、有有有有2020位位位位、2424位位位位、3232位位位位的的的的。数数数数据据据据字字字字的的的的长长长长短短短短是是是是影影影影响响响响成成成成本本本本的的的的重重重重要要要要因因因因素素素素，它它它它关关关关系系系系到芯片的引脚数、大小、片外存储器的大小到芯片的引脚数、大小、片外存储器的大小到芯片的引脚数、大小、片外存储器的大小到芯片的引脚数、大小、片外存储器的大小 3 3）速度）速度）速度）速度 系系系系统统统统运运运运行行行行速速速速度度度度不不不不单单单单单单单单取取取取决决决决于于于于DSPDSP芯芯芯芯片片片片，要要要要全全全全局局局局考考考考虑虑虑虑。时时时时钟钟钟钟频频频

57、频率越高，系统干扰越大。率越高，系统干扰越大。率越高，系统干扰越大。率越高，系统干扰越大。退出退出1.7 如何选择如何选择DSP 主要取决于应用场合，以够用、低成本为前提。主要取决于应用场合，以够用、低成本为前提。4)4)存储器存储器存储器存储器 应应应应该该该该关关关关注注注注双双双双访访访访问问问问存存存存储储储储器器器器的的的的大大大大小小小小、高高高高速速速速缓缓缓缓存存存存、存存存存储储储储空空空空间间间间的的的的大大大大小。小。小。小。5 5）开发的难易程度）开发的难易程度）开发的难易程度）开发的难易程度 编编编编程程程程语语语语言言言言有有有有汇汇汇汇编编编编、C/C+C/C+，

58、开开开开发发发发调调调调试试试试环环环环境境境境是是是是决决决决定定定定开开开开发发发发难难难难易易易易程程程程度的关键。度的关键。度的关键。度的关键。6 6）是否支持多处理器）是否支持多处理器）是否支持多处理器）是否支持多处理器 7 7）功耗和电源管理）功耗和电源管理）功耗和电源管理）功耗和电源管理 8 8）器件封装）器件封装）器件封装）器件封装 退出退出第第2 2章章 TMS320LF240 x TMS320LF240 x系列系列DSPDSP概述概述2.1 TI2.1 TI2.1 TI2.1 TI公司公司公司公司TMS320TMS320TMS320TMS320系列系列系列系列DSPDSPD

59、SPDSP简介简介简介简介2.2 TMS320LF240 x2.2 TMS320LF240 x2.2 TMS320LF240 x2.2 TMS320LF240 x系列系列系列系列DSPDSPDSPDSP简介简介简介简介 TI TI TI TI公司的公司的公司的公司的DSPDSPDSPDSP产品时目前世界上的主流产品，市产品时目前世界上的主流产品，市产品时目前世界上的主流产品，市产品时目前世界上的主流产品，市场占有份额场占有份额场占有份额场占有份额60%60%60%60%左右。左右。左右。左右。退出退出2.1 TI2.1 TI公司公司TMS320TMS320系列系列DSPDSP简介简介 TI公公

60、司司自自1982年年推推出出第第一一款款定定点点DSP芯芯片片以以来来，相相继继推推出出定定点点、浮浮点点和和多多处处理理器器三三类类运运算算特特性性不不同同的的DSP芯芯片片，共共计计已已发发展展了了七七代代产产品品。其其中中，定定点点运运算算单单处处理理器器的的DSP有有七七个个系系列列，浮浮点点运运算算单单处处理理器器的的DSP有有三三个个系系列列，多多处处理理器器的的DSP有有一一个个系系列列。主主要要按按照照DSP的的处处理理速速度度、运运算算精精度度和和并并行行处处理理能能力力分分类类，每每一一类产品的结构相同，只是片内存储器和片内外设配置不同。类产品的结构相同，只是片内存储器和片

61、内外设配置不同。定点定点定点定点DSPDSP：TMS320C1xTMS320C1x系列系列系列系列 16bit 16bit 第一代第一代第一代第一代 19821982年前后；年前后；年前后；年前后；TMS320C2xTMS320C2x系列系列系列系列 16bit 16bit 第二代第二代第二代第二代 19871987年前后；年前后；年前后；年前后；TMS320C5xTMS320C5x系列系列系列系列 16bit 16bit 第五代第五代第五代第五代 19931993年；年；年；年；TMS320C54xTMS320C54x系列系列系列系列 16bit 16bit 第七代第七代第七代第七代 199

62、61996年；年；年；年；TMS320C24xTMS320C24x系列系列系列系列 16bit 16bit 第七代第七代第七代第七代 19961996年；年；年；年；TMS320C6xTMS320C6x系列系列系列系列 32bit 32bit 第七代第七代第七代第七代 19971997年；年；年；年；TMS320C55xTMS320C55x系列系列系列系列 16bit 16bit 第七代第七代第七代第七代 20002000年。年。年。年。退出退出2.1 TI2.1 TI公司公司TMS320TMS320系列系列DSPDSP简介简介浮点浮点浮点浮点DSPDSP：TMS320C3xTMS320C3x

63、系列系列系列系列 32bit 32bit 第三代第三代第三代第三代 19901990年；年；年；年；TMS320C4xTMS320C4x系列系列系列系列 32bit 32bit 第四代第四代第四代第四代 19901990年；年；年；年；TMS320C67xTMS320C67x系列系列系列系列 64bit 64bit 第七代第七代第七代第七代 19981998年。年。年。年。多处理器多处理器多处理器多处理器DSPDSP：TMS320C8xTMS320C8x系列系列系列系列 32bit 32bit 第六代第六代第六代第六代 19941994年。年。年。年。C2xC2x、C24xC24x、C28xC

64、28x称为称为称为称为C2000C2000系列，用于数字控制系统；系列，用于数字控制系统；系列，用于数字控制系统；系列，用于数字控制系统；C54xC54x、C55xC55x称称称称为为为为C5000C5000系系系系列列列列，主主主主要要要要用用用用于于于于功功功功耗耗耗耗低低低低、便便便便于于于于携携携携带带带带的通信终端；的通信终端；的通信终端；的通信终端；C62xC62x、C64xC64x和和和和C67xC67x称称称称为为为为C6000C6000系系系系列列列列，主主主主要要要要用用用用于于于于高高高高性性性性能能能能复复复复杂杂杂杂的通信系统，如移动通信基站。的通信系统，如移动通信基

65、站。的通信系统，如移动通信基站。的通信系统，如移动通信基站。符号含义：符号含义：C CMOS LC 3.3V,低功耗低功耗,CMOS F 片内带片内带FlashLF 3.3V,低功耗低功耗,片内带片内带Flash A 芯片带加密位芯片带加密位 退出退出C64xC55x,C547xC28x30/31/32C55+ARM2.1 TI2.1 TI公司公司TMS320TMS320系列系列DSPDSP简介简介 四个工作平台四个工作平台TMS320C2000:TMS320C2000:用用于于优优化化和控制系统和控制系统TTMS320C5000:MS320C5000:省电型处省电型处理器、用于通信理器、用于

66、通信TMS320C6000:TMS320C6000:业内最快业内最快的处理器提高单片的多通的处理器提高单片的多通道的处理能力道的处理能力TMS320C3X TMS320C3X 浮点处理器浮点处理器用于图像处理和工业控制用于图像处理和工业控制定点式：定点式：动态范围小，易溢出，需利用定标防止溢出；功耗低。动态范围小，易溢出，需利用定标防止溢出；功耗低。浮点式：浮点式：动态范围大，没有溢出风险；功耗较大。动态范围大，没有溢出风险；功耗较大。退出退出2.1.1 TMS320C20002.1.1 TMS320C2000系列系列1）TMS320C2000系列系列 C2XX是是TI公司的一代高性能、低价位定点公司的一代高性能、低价位定点DSP，是专门针，是专门针对控制应用的，集成了闪存、对控制应用的，集成了闪存、A/D、CAN总线控制器等片内外总线控制器等片内外设。主要有三大类：设。主要有三大类：TMS320C20 x:C203,F206，主要用于电话、数码相机、主要用于电话、数码相机、嵌入式家电设备。嵌入式家电设备。TMS320C24x:LF2407，16位定点，位定点，10位位A/D，主要用于