DSP要点及考点精讲-PPT课件.ppt

复复习内容及考内容及考试安排安排一、考一、考试题型型1、选择题：每空：每空1分，共分，共7分分 考察点：考察点：易混淆的概念（易混淆的概念（DSP芯片系列分芯片系列分类、总线结构及作用、存构及作用、存储器器结构及配置、构及配置、流水流水线操作、中断控制、指令理解）操作、中断控制、指令理解）2、填空、填空题：每空：每空1分，共分，共20分分考察点：考察点：(1)DSP芯片性能特点芯片性能特点(工作工作频率率/采采样周期周期/MAC运算速度等运算速度等)；(2)5402DSP外部引脚及其工作外部引脚及其工作电源源(地址引脚地址引脚/数据引脚数据引脚/控制控制/VCDD/DVDD);(3)5402DSP程序、数据存程序、数据存储器器寻址范址范围及其片上存及其片上存储器器资源；源；(4)5402DSP内部内部结构、硬件构、硬件资源及其中断系源及其中断系统（中断源、中断地址等）；（中断源、中断地址等）；(5)5402DSP的的7种种寻址方式的特点及其表示；址方式的特点及其表示；(6)5402DSP中小数的中小数的Q15定定标计算及其表示；算及其表示；(7)5402DSP汇编程序程序语法、数域、及其法、数域、及其书写格式；写格式；15、阅读改改错并回答并回答问题：1大大题，共，共10分分4、阅读程序并回答程序并回答问题：1大大题，共，共20分分考察点：考察点：(1)汇编程序与存程序与存储器配置器配置cmd文件的文件的阅读、理解、理解、计算与分析；算与分析；(2)汇编程序中段的程序中段的类型名称、地址分配及其与型名称、地址分配及其与cmd文件的文件的对应关系；关系；(3)汇编程序的加、减、乘、除运算操作以及数据的装程序的加、减、乘、除运算操作以及数据的装载、存、存储与与执行行过程分析；程分析；考察点：考察点：(1)汇编程序的程序的阅读理解、分析理解、分析计算与地址指算与地址指针的正确运用等；的正确运用等；(2)汇编程序的程序的书写格式、写格式、语法法规则以及以及易混淆出易混淆出错之之处；(3)存存储器配置器配置cmd文件的文件的书写格式以及写格式以及易混淆出易混淆出错之之处；3、简答答题：4小小题，共，共13分分考察点：考察点：(1)5402DSP直接直接寻址、址、间接接寻址、中断矢量地址址、中断矢量地址计算；算；(2)5402DSP汇编指令功能理解、指令功能理解、执行行过程程计算及算及执行行结果填写等；果填写等；26、程序、程序设计题：1大大题，共，共30分分考察点：考察点：(1)CLKMD、PRD、TCR、IMR等寄存器的初始化等寄存器的初始化设置与置与计算；算；(2)中断矢量表程序段的中断矢量表程序段的结构及其正确构及其正确书写写;(3)线性性缓冲区冲区/循循环缓冲区冲区间接接寻址的址的FIR子程序子程序设计；(4)链接命令接命令cmd文件的格式文件的格式结构及其正确构及其正确书写写;(5)系数表中小数的表示；系数表中小数的表示；(6)间接接寻址址时数据地址指数据地址指针的正确运用；的正确运用；(7)输入入/输出端口地址出端口地址设置以及数据的置以及数据的读入与写出；入与写出；(8)基于基于CCS软件平台的件平台的DSP工程建立、开工程建立、开发及及调试过程以及程以及产生的各种文件名称及其后生的各种文件名称及其后缀。3DSP技技术lDSP技技术是是DigitalSignalProcessing开开头字母的字母的缩写形写形式，意式，意为数字信号数字信号处理（理（过程或技程或技术）。）。l凡是利用凡是利用计算机或算机或专用数字用数字设备，以，以数字形式数字形式对信号信号进行行采集、采集、变换、滤波、估波、估值、增、增强、压缩、识别等运算等运算处理，理，均称均称为数字信号数字信号处理理。l在近二十多年在近二十多年时间里，数字信号里，数字信号处理技理技术已已经在在电子子信息、信息、图象象处理、通信系理、通信系统等等领域得到了极域得到了极为广泛的广泛的应用。用。4数字信号数字信号处理包括两方面的内容理包括两方面的内容DSP技技术l算法研究算法研究理理论研究。研究。常用算法：卷常用算法：卷积、滤波、波、FFT。算法特点：大量的乘法累加运算。算法特点：大量的乘法累加运算。l算法算法实现应用研究。用研究。l理理论研究与研究与应用研究是相互促用研究是相互促进,共同共同发展的。展的。5序列序列长度度DFT算法算法FFT算法算法高效高效FFT算法算法乘法乘法加法加法乘法乘法加法加法乘法乘法加法加法1283276832640179226881024166425613107213081640966144230437125125242885237769216138245120819210242097152209612820480307201126417920算算法法研研究究DSP技技术6l在通用的在通用的计算机算机(如如PC机机)上用上用软件件实现l在通用在通用计算机系算机系统中加上中加上专用的加速用的加速处理机理机实现l用通用的用通用的单片机片机(如如MCS51、96系列等系列等)实现l用通用的可用通用的可编程程DSP芯片芯片实现l用用专用的用的DSP芯片芯片实现l用用FPGA/CPLD开开发ASIC芯片芯片(SOPC)实现数字信号数字信号处理算法理算法DSP技技术算算法法实现7不同不同软软件可在一个硬件系件可在一个硬件系统统上上实现实现不同功能不同功能DSP技技术8典型的典型的DSP系系统DSP技技术9DSP技技术DSP系系统一般一般组成成10DSP芯片，又称数字信号芯片，又称数字信号处理器理器(DigitalSignalProcessor，简称称DSP)，是伴随着数，是伴随着数字信号字信号处理技理技术和集成和集成电路微路微电子技子技术的高的高速速发展展应运而生的，它的运而生的，它的诞生生为数字信号数字信号处理技理技术的的实现提供了高效而可靠的硬件基提供了高效而可靠的硬件基础,已成已成为数字信号数字信号处理算法的主要理算法的主要实现手段。手段。数字信号数字信号处理器理器-DSP芯片芯片DSP芯片芯片11DSP芯片芯片DSP芯片主要特点芯片主要特点l哈佛及改哈佛及改进的哈佛的哈佛结构构-程序与数据空程序与数据空间分开分开l多多处理理单元元-算算逻单元元ALU、双累加器、双累加器ACCA/ACCB、专用硬件乘法器、移位器、比用硬件乘法器、移位器、比较器等器等l流水流水线操作操作-2-6级流水流水线,实现单指令周期操作指令周期操作l多多总线结构构-8-12条条总线,可并行可并行执行多个操作行多个操作l丰富的片内外丰富的片内外设、快速的中断、快速的中断处理及硬件理及硬件I/O支持支持l特殊的特殊的DSP指令指令-FIR、FFT及位倒序及位倒序寻址等址等l快速的指令周期快速的指令周期-(10-40)ns的的单指令周期指令周期12DSP芯片芯片哈哈佛佛结构构l早期的微早期的微处理器大多采用理器大多采用冯诺曼（曼（Von-Neumann）结构，将指令、数据存构，将指令、数据存储在同一存在同一存储空空间中，中，统一一编址，依靠指令址，依靠指令计数器提供的地址来区分数器提供的地址来区分是指令地址、是指令地址、还是数据地址。取是数据地址。取指令指令和取和取数据数据访问同同一存一存储器，通器，通过一条一条总线分分时进行，数据吞吐率低。行，数据吞吐率低。l哈佛（哈佛（Havard）结构是不同于构是不同于传统冯诺曼曼结构的构的并行体系并行体系结构，其主要特点是将构，其主要特点是将程序程序和和数据数据存存储在不在不同的存同的存储空空间中，每个存中，每个存储器独立器独立编址，独立址，独立访问，允允许同同时取指令和取操作数，从而使数据的吞吐率提取指令和取操作数，从而使数据的吞吐率提高了一倍。高了一倍。13采用冯.诺依曼结构的处理器：程序和数据程序和数据存存储空空间合二而一合二而一DSP芯片芯片14采用哈佛采用哈佛结结构的构的DSPDSP处处理器：理器：程序和数据分开存程序和数据分开存储DSP芯片芯片15多多总线结构构lDSP芯片内部大都采用多芯片内部大都采用多总线结构，以保构，以保证在一在一个机器周期里可以同个机器周期里可以同时访问程序空程序空间和数据空和数据空间。lTMS32054xx内部共内部共设置了置了8条条总线，包括一条，包括一条程序程序总线，三条数据，三条数据总线和四条地址和四条地址总线，可保，可保证在一个机器周期内从程序存在一个机器周期内从程序存储器取器取1条指令、从条指令、从数据存数据存储器器读2个操作数和向数据存个操作数和向数据存储器写器写1个操个操作数，大大提高了作数，大大提高了DSP的运行速度。的运行速度。l一般来一般来说，内部，内部总线是个十分重要的是个十分重要的资源，源，总线越多，运行速度越快，可以完成的功能也越复越多，运行速度越快，可以完成的功能也越复杂。DSP芯片芯片16系系统控制控制程序地址控制程序地址控制数据地址控制数据地址控制PAB控制界面控制界面特特殊殊功功能能寄存器寄存器PBCABCBDABDBEABEB程序程序/数据数据存存储器器串行口串行口并行口并行口定定时器器计数器数器中断中断存存 储 控控制界面制界面外外 设 控控制界面制界面乘法器乘法器加法器加法器算算术逻辑运算运算桶形桶形移位器移位器中央中央处理器理器比比较器器多多总线结构构DSP芯片芯片17DSP芯片广泛采用流水芯片广泛采用流水线以减少指令以减少指令执行行时间，从而，从而增增强处理器的并行理器的并行处理能力。理能力。DSP执行一条指令，需要行一条指令，需要经过取指、取指、译码、取操作数和、取操作数和执行等几个行等几个阶段，采用流段，采用流水水线结构，程序运行构，程序运行过程中程中这几个几个阶段是重叠段是重叠进行的，行的，即在即在执行本条指令的同行本条指令的同时，还依次完成了后面几条指令依次完成了后面几条指令的取操作数、的取操作数、译码和取指等和取指等过程，可降低指令周期，提程，可降低指令周期，提高运行速度。高运行速度。DSP芯片芯片流流水水线结构构18TMS320系列系列处理器的流水理器的流水线深度从深度从2-6级不等。不等。DSP芯芯片片19第一第一阶段段(1980年前后年前后)，DSP雏形形阶段：段：运算速度大运算速度大约为单指令周期指令周期200一一250nsDSP芯片芯片发展展过程程代表性器件有代表性器件有:1978年年AMI公司公司发布布S2811(不含硬件乘法器不含硬件乘法器)1979年年Intel公司公司发布布2920(不含硬件乘法器不含硬件乘法器)1980年年NEC公司推出公司推出PD7720(含硬件乘法器含硬件乘法器)1982年年TI公司推出定点公司推出定点DSP芯片芯片TMS32010DSP芯片芯片发展展20代表性器件有：代表性器件有：TI公司系列公司系列产品品TI公司自公司自1982年推出第一款定点年推出第一款定点DSP芯片芯片TMS32010后，相后，相继推出了七代定点推出了七代定点DSP：C1X、C2X、C2XX、C5X、C54X及及C6X三代浮点三代浮点DSP：C3X、C4X、C67X以及高性能以及高性能DSP芯片芯片TMS320C80等。等。DSP芯片芯片发展展过程程DSP芯片芯片发展展第二第二阶段段(1990年前后年前后)，DSP成熟成熟阶段：段：运算速度大运算速度大约为单指令周期指令周期40一一100ns，含硬件乘法器、硬件含硬件乘法器、硬件FFT、单指令指令滤波波处理等功能部件。理等功能部件。21除除TI公司外，公司外，AD公司、公司、Motorola公司、公司、LUCENT公司也占据部分市公司也占据部分市场分分额，目前市，目前市场上上DSP共共300多种，其中定点多种，其中定点DSP达达200多种，多种，DSP生生产厂商超出厂商超出80家。家。第三第三阶段段(2000年前后年前后)，DSP完善完善阶段：段：运算速度大运算速度大约为单指令周期指令周期10ns左右，左右，片上集成通用外片上集成通用外设，芯片的价格不断下降，芯片的价格不断下降，促促进了了DSP的普及和的普及和应用。用。DSP芯片芯片发展展过程程DSP芯片芯片发展展22著名著名DSP芯片生芯片生产厂家厂家美国美国TI（TexesInstrument）公司的定点运算）公司的定点运算DSP系列系列TMS320C2x，TMS320C5x，TMS320C54x系列。系列。美国美国Motorola公司的定点运算公司的定点运算DSP系列系列DSP56xxx系列、系列、DSP96xxx系列。系列。美国美国AT&T公司的定点运算公司的定点运算DSP系列系列DSP16，DSP32。日本日本NEC公司的定点运算公司的定点运算DSP系列系列PD7711x，PD7721x。23公司公司DSPDSP芯片芯片推出推出时间(年年)MACMAC周期周期(ns)(ns)定点位数定点位数浮点位数浮点位数TITMS32010TMS32020TMS320C25TMS320C30TMS320C40TMS320C50TMS320C203TMS320LC549TMS320C62X19821987198919891992199019961996199739020010060403512.510516/3216/3216/3224/323216/3216/3216/3216/3232/4040TI公司推出的公司推出的DSP芯片芯片其其2XX系列系列DSP具有具有较高的控制功能，广泛高的控制功能，广泛应用于工用于工业自自动化、化、电机控制、机控制、家用家用电器和消器和消费电子等子等领域域.C5000系列系列DSP主要主要应用用领域域为：手机、数：手机、数码相机、便携式媒体播放器、相机、便携式媒体播放器、电信和信和IP产品。品。C6000系列系列DSP主要主要应用于：用于：宽带通信、无通信、无线局域网、多媒体网关、局域网、多媒体网关、语音音识别、图像像处理、医理、医疗成象、安全成象、安全认证、工、工业扫描机、高速打描机、高速打印、高印、高级加密等。加密等。24公司公司DSPDSP芯片芯片推出推出时间时间（年）（年）MACMAC周期周期（nsns）定点位数定点位数浮点位数浮点位数NECNEC PD7720PD7720 PD77230PD77230198019801985198525025015015016/3216/323232AMIAMIS2811S28111978197830030012/1612/16MotorolaMotorolaMC56001MC56001MC96002MC96002MC56002MC56002198619861990199019911991757550505050242432/6432/6424/4824/4832/4432/44AT&TAT&TDSP32CDSP32CDSP16ADSP16ADSP3210DSP32101988198819881988199219928080252560601616或或242416/3616/36242432/4032/4032/4032/40ADADADSP2101ADSP2101ADSP21020ADSP210201990199019911991606040401616323232/4032/40其它公司推出的其它公司推出的DSP芯片芯片25为方方便便用用户，各各大大DSP生生产商商都都建建立立了了自自己己的的公公司司网网站站。如如果果需需要要查找找具具体体的的芯芯片片资科科，可可以以直直接接登登陆相相应的公司网站搜的公司网站搜寻，这些公司的网址是：些公司的网址是：TI：wwwticomMotorola：wwwMotorolacomAD：wwwadcomNEC：wwwneccom26DSP芯片可从以下几个方面分芯片可从以下几个方面分类：（1）按基按基础特性分：特性分：即根据即根据DSP芯片的工作芯片的工作时钟和指令和指令类型来分型来分类静静态DSP芯片芯片一致性一致性DSP芯片芯片（2）按数据格式分：按数据格式分：根据根据DSP芯片工作的数据格式芯片工作的数据格式来分来分类定点定点DSP芯片芯片浮点浮点DSP芯片芯片（3）按用途分：按用途分：按照按照DSP的用途来分的用途来分类通用型通用型DSP芯片芯片专用型用型DSP芯片芯片DSP芯片分芯片分类27DSP芯片分芯片分类按按基基础特特性性分分l如果在某如果在某时钟频率范率范围内的任何内的任何时钟频率上，率上，DSP芯片都能正常工作，除芯片都能正常工作，除计算速度有算速度有变化外，没有性能化外，没有性能的下降，的下降，这类DSP芯片一般称芯片一般称为静静态DSP芯片芯片。TI公司的公司的TMS320C2XX系列芯片均属于静系列芯片均属于静态DSP芯片。芯片。l如果有两种或两种以上的如果有两种或两种以上的DSP芯片，它芯片，它们的指令集及的指令集及管脚管脚结构相互兼容，构相互兼容，则这类DSP芯片称芯片称为一致性一致性DSP芯片芯片。TI公司的公司的TMS320C54X系列芯片就属于一致性系列芯片就属于一致性DSP芯片。芯片。28DSP芯片分芯片分类按按数数据据格格式式分分l数据以定点格式工作的数据以定点格式工作的DSP芯片称芯片称为定点定点DSP芯片芯片，如，如TI公司的公司的TMS320C1XC2X、TMS320C2XXC5X、TMS320C54XC62XX系列，系列，AD公司的公司的ADSP21XX系列，系列，ATT公司的公司的DSPl616A，Motorola公司的公司的MC5600等。等。l数据以浮点格式工作的称数据以浮点格式工作的称为浮点浮点DSP芯片，如芯片，如TI公司的公司的TMS320C3XC4XC67X，AD公司的公司的ADSP21XXX系列，系列，ATT公司的公司的DSP3232C，Motorola公司的公司的MC96002等。等。29DSP芯片分芯片分类按按用用途途分分l按照用途，可将按照用途，可将DSP分分为通用型通用型DSP芯片和芯片和专用型用型DSP芯片。芯片。l通用型通用型DSP芯片适合普通的芯片适合普通的DSP应用，如用，如TI公司的系列公司的系列DSP芯片均属于通用型芯片均属于通用型DSP芯片。芯片。l专用用型型DSP芯片是芯片是为特定的特定的DSP运算而运算而设计的，更适合的，更适合特殊的运算，如数字特殊的运算，如数字滤波、卷波、卷积和和FFT算法等，算法等，Motorola公司的公司的DSP56200等就属于等就属于专用型用型DSP芯片。芯片。30DSP芯片的芯片的选择应考考虑以下几个因素：以下几个因素：DSP芯片芯片选择原原则（1）DSP芯片的运算速度芯片的运算速度（2）DSP芯片的芯片的运算精度运算精度（4）DSP芯片的芯片的开开发工具工具（3）DSP芯片芯片的硬件的硬件资源源（5）DSP芯片的芯片的功耗功耗（6）DSP芯片的芯片的价格价格31运运算算速速度度是是DSP芯芯片片的的一一个个最最重重要要的的性性能能指指标，也是也是选择DSP芯片芯片时所需要考所需要考虑的一个主要因素。的一个主要因素。l指令周期：指令周期：即即执行一条指令所需的行一条指令所需的时间，通常以，通常以ns为单位。如位。如TMS320C549-80在主在主频为80MHz时的的指令周期指令周期为12.5ns。DSP芯片芯片选择原原则DSP芯片运算速度芯片运算速度DSP芯片的运算速度可以用以下几种性能指芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来衡量来衡量lMIPS：即每秒即每秒执行百万条指令数。如行百万条指令数。如TMS320LC549-80的的处理能力理能力为80MIPS，即每秒可，即每秒可执行八千万条指令。行八千万条指令。32lMAC时间：即一次乘法和一次加法的即一次乘法和一次加法的时间。大部分。大部分DSP芯芯片可在一个指令周期内完成一次乘法和加法操作，如片可在一个指令周期内完成一次乘法和加法操作，如TMS320C549-80的的MAC时间就是就是12.5ns。lFFT执行行时间：即运行一个即运行一个N点点FFT程序所需的程序所需的时间。由。由于于FFT运算涉及的运算在数字信号运算涉及的运算在数字信号处理中很有代表性，因此理中很有代表性，因此FFT运算运算时间常作常作为衡量衡量DSP芯片运算能力的一个指芯片运算能力的一个指标。DSP芯片芯片选择原原则应应用用实实例例采采样率率（kHzkHz）采采样周期周期(s s)256256抽抽头LMSLMS滤波运算量波运算量（MACMAC数）数）1#1#每每样点允点允许 MACMAC指令数指令数(指令周期指令周期200ns)200ns)2#2#每每样点允点允许 MACMAC指令数指令数(指令周期指令周期50ns)50ns)3#3#每每样点允点允许 MACMAC指令数指令数(指令周期指令周期25ns)25ns)话话音音8 8125125768768125/0.2=625125/0.2=625 125/0.05=2500125/0.05=2500125/0.025=5000125/0.025=5000声声频频44.144.122.722.776876822.7/0.2=11322.7/0.2=11322.7/0.05=45322.7/0.05=45322.7/0.025=90722.7/0.025=907运算速度是运算速度是选择DSP芯片的重要依据：芯片的重要依据：33一般定点一般定点DSP芯片的字芯片的字长为16位，如位，如TMS320系列。系列。但有的公司的定点芯片但有的公司的定点芯片为24位，如位，如Motoro1a公司公司的的MC5600l等。等。浮点芯片的字浮点芯片的字长一般一般为32位，累加器位，累加器为40位。位。DSP芯片芯片选择原原则DSP芯片运算精度芯片运算精度34不同的不同的DSP芯片所提供的硬件芯片所提供的硬件资源是不相同的。源是不相同的。TMS320c5xx系列与系列与TMS320c2xx系列片内系列片内资源相差甚源相差甚大大如片内如片内RAM、ROM的数量，外部可的数量，外部可扩展的程序和数据空展的程序和数据空间,总线接口，接口，I/O接口等。接口等。即使是同一系列的即使是同一系列的DSP芯片芯片(如如TI的的TMS320c54x系列系列)，系列中不同系列中不同DSP芯片也具有不同的内部硬件芯片也具有不同的内部硬件资源，可以源，可以适适应不同的需要。不同的需要。DSP芯片芯片选择原原则DSP芯片硬件芯片硬件资源源35在在DSP系系统的的开开发过程程中中，开开发工工具具是是必必不不可可少少的的。如如果果没没有有开开发工工具具的的支支持持，要要想想开开发一一个个复复杂的的DSP系系统几几乎乎是是不不可可能能的的。如如果果有有功功能能强大大的的开开发工工具具的的支支持持，如如集集成成开开发环境境CCS的的支支持持，则开开发时间就就会会大大大大缩短短。所所以以，在在选择DSP芯芯片片的的同同时必必须注注意意其其开开发工具的支持情况，包括工具的支持情况，包括软件和硬件的开件和硬件的开发工具。工具。DSP芯片芯片选择原原则DSP芯片开芯片开发工具工具36在某些在某些DSP应用用场合，功耗也是一个需要特合，功耗也是一个需要特别注意的注意的问题。如便携式的。如便携式的DSP设备、手持、手持设备、野外、野外应用的用的DSP设备等都等都对功耗有特殊的要求。目前功耗有特殊的要求。目前3.3/1.8v供供电的低功耗、高速的低功耗、高速DSP芯片已大量使用。芯片已大量使用。DSP芯片芯片选择原原则DSP芯片功耗芯片功耗37DSP芯芯片片的的价价格格也也是是选择DSP芯芯片片所所需需考考虑的的一一个个重重要要因因素素。如如果果采采用用价价格格昂昂贵的的DSP芯芯片片，即即使使性性能能再再高高，其其应用用范范围肯肯定定会会受受到到一一定定的的限限制制，尤尤其其是是民民用用产品品。因因此此根根据据实际系系统的的应用用情情况况，需需确确定定一一个个价价格格适适中中的的DSP芯芯片片。当当然然，由由于于DSP芯芯片片发展展迅迅速速，DSP芯芯片片的的价价格格往往往往下下降降较快快，因因此此在在开开发阶段段选用用某某种种价价格格稍稍贵的的DSP芯芯片片，等等到到系系统开开发完完毕，其其价价格格可可能能己己经下降一半甚至更多。下降一半甚至更多。DSP芯片芯片选择原原则DSP芯片价格芯片价格38除除了了上上述述因因素素外外，选择DSP芯芯片片还应考考虑到到封封装装的的形形式式、质量量标准准、供供货情情况况、生生命命周周期期等等。如如果果所所设计的的DSP系系统不不仅仅是是一一个个实验系系统，而而是是需需要要批批量量生生产并并可可能能有有几几年年甚甚至至十十几几年年的的生生命命周周期期，那那么么需需要要考考虑所所选的的DSP芯芯片片供供货情情况况如如何何，是是否否也也有有同同样甚甚至更至更长的生命周期等。的生命周期等。DSP芯片芯片选择原原则其其他他39在在上上述述众众多多因因素素中中，一一般般而而言言，定定点点DSP芯芯片片的的价价格格较便便宜宜，功功耗耗较低低，但但运运算算精精度度稍稍低低。而而浮浮点点DSP芯芯片片的的优点点是是运运算算精精度度高高，且且C语言言编程程调试方方便便，但但价价 格格 稍稍 贵，功功 耗耗 也也 较 大大。例例 如如 TI的的TMS320C2XX/C54X系系列列属属于于定定点点DSP芯芯片片，低低功功耗耗和和低低成成本本是是其其主主要要的的特特点点。而而TMS320C3XC4XC6X属属于于浮浮点点DSP芯芯片片，运运算算精精度度高高，用用C语言言编程程方方便便，开开发周周期期短短，但但指指令令执行行周周期期不不可可预测，同同时其价格和功耗也相其价格和功耗也相对较高。高。40通通用用DSP比比单片片机机推推出出时间稍稍晚晚，而而复复杂度度、性性能能要要高高得得多多。以以最最简单的的性性能能指指标MIPS（百百万万条条指指令令每每秒秒）为例例，单片片机机为110MIPS，DSP为50100MIPS。单片片机机只只有有少少量量总线，且且地地址址、数数据据线分分时复复用用；而而DSP具具有有多多总线 结 构构，且且 地地 址址、数数 据据 线 分分 开开，还 有有 比比 异异 步步 串串 口口（UART）速速度度高高得得多多的的同同步步串串口口或或通通信信口口，数数据据输入入、输出出能能力力较强。DSP数数据据位位宽、乘乘加加器器位位宽也也比比单片片机机大大，进行行数数字字信信号号处理理时不不仅速速度度快快、精精度度也也高高。DSP有有大大容容量量的的的的片片内内存存储器器。但但单片片机机的的控控制制接接口口种种类比比DSP多多，适合于以控制适合于以控制为主的模数混合主的模数混合设计。DSP芯片与芯片与单片机比片机比较DSP与与单片机片机41DSP与与FPGA/CPLDFPGA/CPLD与与专用用DSP一一样，是是用用硬硬件件完完成成数数字字信信号号处理理运运算算的的，其其单一一运运算算的的速速度度很很高高，输入入至至输出出的的延延迟也也比比通通用用DSP小小，适适合合于于FPGA/CPLD完完成成的的数数字字电路路功功能能和和数数字字信信号号处理理功功能能有有计数数、译码、锁存存、状状态机机、乘乘加加、FIR、FFT、编码器器、查表表、FIFO等等。但但它它在在进行行数数字字信信号号处理理算算法法的的灵灵活活性性及及各各种种混混合合功功能能的的实现性性方方面面不不如如DSP芯芯片片。数数字字电路路设计中中常常把把DSP的的灵灵活活性性和和FPGA/CPLD的的高高效效、高高速速结合合在在一一起起，充充分分发挥二二者者各各自自在在软件件、硬硬件件上上的的可可编程能力。程能力。DSP芯片与可芯片与可编程器件比程器件比较42(1)信信号号处理理如如数数字字滤波波、自自适适应滤波波、快快速速付付立立叶叶变换、相关运算、相关运算、谱分析、卷分析、卷积、模式匹配、波形、模式匹配、波形产生等；生等；(2)通通信信如如调制制解解调器器、自自适适应均均衡衡、数数据据加加密密、数数据据压缩、回回波波抵抵消消、多多路路复复用用、传真真、扩频通通信信、纠错编码、可可视电话等；等；(3)语音音如如语音音编码、语音音合合成成、语音音识别、语音音增增强、说话人辨人辨认、说话人确人确认、语音音邮件、件、语音存音存储等；等；(4)图形形图像像如如二二维和和三三维图形形处理理、图象象压缩与与传输、图像增像增强等；等；DSP芯片芯片应用用领域域DSP芯片芯片应用用领域域43(5)军事事如保密通信、雷达如保密通信、雷达处理、声理、声纳处理、理、导航、航、导弹制制导等；等；(6)仪器器仪表表如如频谱分析、函数分析、函数发生、生、锁相相环、地震、地震处理理等；等；(7)自自动控制控制如如电机控制、机控制、电力系力系统控制、机器人控制、控制、机器人控制、磁磁盘控制、自控制、自动驾驶、安全、安全检测等；等；(8)医医疗如助听、超声如助听、超声设备、诊断工具、病人断工具、病人监护等；等；(9)家用家用电器器如高保真音响、音如高保真音响、音乐合成、音合成、音调控制、玩具控制、玩具与游与游戏、数字、数字电话电视等。等。DSP芯片芯片应用用领域域44DSP系系统开开发流程流程根据需求写出任根据需求写出任务说明明书根据任根据任务书确定技确定技术指指标选择DSP芯片及外芯片及外围芯片芯片总体体设计确定确定软硬件分工硬件分工软件件设计说明明书硬件硬件设计说明明书软件件编程与程与调试硬件（硬件（.sch/.pcb）系系统集成集成硬件硬件调试系系统测试、样机完成、机完成、联试、产品品测试与生与生产DSP系系统开开发流程流程45DSP知知识平台平台DSP技技术计算机学科算机学科电子学科子学科计算机硬件算机硬件计算机算机软件件电子子线路路数字信号数字信号处理理46第第1章章习题1.举例例说明数字信号明数字信号处理技理技术的特点与的特点与应用。用。2.简述述DSP芯片的主要特点、分芯片的主要特点、分类方法及其方法及其选择原原则。3.设某某DSP芯片的芯片的MAC时间为40ns,应用于用于128阶FIR滤波系波系统设计时，理，理论上，被上，被处理信号的最高理信号的最高频率率不得高于多少？不得高于多少？47第第2章章TMS320C54XDSP硬件硬件结构构48本本章章内内容容1、TMS32054XDSP结构特点构特点2、TMS32054XDSP结构框构框图3、TMS32054XDSP总线结构构4、TMS32054XDSP存存储器器结构构5、TMS32054XDSP处理器理器结构构6、TMS32054XDSP片上外片上外设7、TMS32054XDSP芯片引芯片引脚脚8、TMS32054XDSP复位操复位操作作49TMS32054XDSP结构特点构特点结构特点构特点10-25ns的指令周期的指令周期(40-100MIPS)-高效快速高效快速192K16位的位的(最小最小)可可寻址存址存储空空间-哈佛哈佛结构构两个两个40位累加器位累加器ACCA、ACCB40位算位算术逻辑单元元(ALU)，包括一个，包括一个40位的桶型移位寄存器位的桶型移位寄存器1717位硬件乘法器，允位硬件乘法器，允许16位位带符号或不符号或不带符号的乘法符号的乘法4组数据数据/地址内部地址内部总线及双地址生成及双地址生成单元元-多多总线结构构8个个辅助寄存器及一个堆助寄存器及一个堆栈26级的并行流水的并行流水线操作操作-流水流水线结构构1.8V,2.5V,3.3V低功耗低功耗节电模式模式,宜于宜于电池供池供电应用用丰富的片内外丰富的片内外设，包括串、并接口，包括串、并接口，软件可件可编程定程定时器、器、等待状等待状态发生器及可配置生器及可配置PLL的的时钟发生器生器50TMS320C54xDSP内部由内部由中央中央处理器理器CPU、程序程序/数据数据存存储器器、内部内部总线及其控制、及其控制、片内外片内外设等几大部分等几大部分组成成结构框构框图系系统控制控制程序地址控制程序地址控制数据地址控制数据地址控制PAB控制界面控制界面特特 殊殊 功功能能 寄寄 存存器器PBCABCBDABDBEABEB程序程序/数据数据存存储器器串行口串行口并行口并行口定定时器器计数器数器中断中断存存储控控制界面制界面外外设控控制界面制界面乘法器乘法器加法器加法器算算术逻辑运算运算桶形桶形移位器移位器中央中央处理器理器比比较器器51多多总线结构可以在每个指令周期内构可以在每个指令周期内产生两个存生两个存储地地址，址，实现流水流水线并行数据并行数据处理，提高操作的性能和灵理，提高操作的性能和灵活性。活性。总线结构构TMS320C54x采用多采用多总线结构，片内共有构，片内共有8条条16位位总线即：即：4条条程序程序/数据数据总线和和4条条地址地址总线包括：一条程序包括：一条程序总线(PB)、三条数据、三条数据总线(CB、DB、EB)四条地址四条地址总线(PAB、CAB、DAB、EAB)TMS32054XDSP总线结构构52这些些总线的功能是的功能是总线结构构PB传送送取自取自程序存程序存储器的指令代器的指令代码和立即操作数和立即操作数CB和和DB传送送读自自数据存数据存储器的操作数器的操作数(LD)EB传送送写到写到存存储器器(程序程序/数据数据)的数据的数据(ST)4条地址条地址总线(PAB、CAB、DAB和和EAB)传送指令代送指令代码及操作数的地址及操作数的地址下面以程序的下面以程序的6级执行行过程程为例例说明各明各总线使用情况使用情况53DSP芯芯片片广广泛泛采采用用流流水水线结构构以以减减少少指指令令执行行时间，流流水水线深深度度从从2-8级不不等等，VC5402DSP采用采用6级流水操作，代表流水操作，代表1条指令条指令执行的行的6个步个步骤，如下，如下图所示。所示。PrefetchFetchDecodeAccessReadExecute/write上上图中中的的6级流流水水操操作作是是相相互互独独立立的的，在在任任何何一一个个给定定周周期期内内，流流水水线各各级上上都都会会有有1到到6条指令的不同操作在运行，即允条指令的不同操作在运行，即允许重叠重叠执行。行。6级流水操作的功能分流水操作的功能分别是：是：Prefetch：预取指取指，把将要，把将要执行的指令地址提供行的指令地址提供给程序地址程序地址总线PAB。Fetch：取指取指，从程序，从程序总线PB上上读取程序指令，并放入指令寄存器取程序指令，并放入指令寄存器IR。Decode：译码，指指令令寄寄存存器器IR中中的的内内容容被被译码，同同时判判定定操操作作数数类型型、寻址址方方式式及及控制控制顺序。序。Access：访问寻址址，数数据据地地址址产生生单元元DAGEN把把将将要要访问的的数数据据存存储区区地地址址提提供供给数据地址数据地址总线DAB和和CAB。Read：读操操作作数数，从从数数据据总线DB和和CB上上读取取操操作作数数，同同时把把将将要要写写的的数数据据存存储区区地址提供地址提供给写地址写地址总线EAB。Execute/write：执行行/写操作写操作，执行指令，同行指令，同时通通过数据写数据写总线EB完成写操作。完成写操作。时钟PC内容内容加加载PAB指令内容指令内容通通过PB加加载IRPB内容内容在在IR中中被被译码操作数操作数1/2地址地址加加载DAB/CAB操作数操作数1/2加加载DB/CB存存储地址地址加加载EAB执行行结果果加加载EB54读读写方式写方式PABPABCABCABDABDABEABEAB PBPBCBCBDBDBEBEB程序程序读读 程序写程序写 单单数据数据读读 双数据双数据读读 长长数据数据读读(hw)(hw)(lw)(lw)(hw)(hw)(lw)(lw)单单数据写数据写 数据数据读/数据写数据写 双数据双数据读/系数系数读 双数据双数据读/数据写数据写 外外设读 总线结构构程序程序执行行读写操作写操作时用到的用到的总线55TMS320C54xDSP采采用用改改进的的哈哈佛佛结构构,分分成成3个个独独立立的的存存储空空间：存存储器器结构构64K字的字的程序存程序存储空空间。程序存。程序