第一DSPTMSLFx概述

1、DSP控制器及其應用第第1章：章： TMS系列系列DSP概述概述1.1 DSP概況概況1.2 TMS320LF芯片概述芯片概述1.3 TMS320LF240 x DSP CPU控制器的功能結控制器的功能結構圖構圖1.4 TMS320LF240 x DSP 存儲器映射圖存儲器映射圖 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況1. DSP與與DSP技術技術DSP(Digital Signal Processing)-數(shù)字信號數(shù)字信號處理的理論和方法。處理的理論和方

2、法。DSP(Digital Signal Processor)-用于數(shù)字用于數(shù)字信號處理的可編程微處理器。信號處理的可編程微處理器。DSP技術技術(Digital Signal Process)-是利用是利用專門或通用數(shù)字信號處理芯片，通過數(shù)字計專門或通用數(shù)字信號處理芯片，通過數(shù)字計算的方法對信號進處理的方法與技術。算的方法對信號進處理的方法與技術。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況2. CPU、MCU、DSP區(qū)別與聯(lián)系區(qū)別與聯(lián)系 20世紀世紀70年代微處理器問世以來，一直沿著年代微處理器問世以來，一直沿著3個方向個方向發(fā)展。這三類微處理器各有其特點。雖然在

3、技術上不發(fā)展。這三類微處理器各有其特點。雖然在技術上不斷借鑒和交融，但又有各自不同的應用領域。斷借鑒和交融，但又有各自不同的應用領域。 CPU：微型計算機中央處理器。（如：奔騰等）：微型計算機中央處理器。（如：奔騰等） MCU：單片微型計算機（如：單片微型計算機（如MCS-51，MCS-96等）等） DSP：可編程的數(shù)字信號處理器。：可編程的數(shù)字信號處理器。 諧波檢測諧波檢測有源濾波有源濾波雅克比矩陣雅克比矩陣654321654321654321654321654321654321654321666666666666666666666666666666666666666666dqdqdqdqd

4、qdqdddddddddddddddddddddzTzTzTzTzTzTyTyTyTyTyTyTxTxTxTxTxTxTzTzTzTzTzTzTyTyTyTyTyTyTxTxTxTxTxTxTzTyTxTzTyTxTn機器人控制機器人控制1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況 DSP芯片的應用芯片的應用通用數(shù)字信號處理通用數(shù)字信號處理語音識別與處理語音識別與處理圖形圖形 / 圖像處理圖像處理儀器儀表儀器儀表 自動控制自動控制醫(yī)學工程醫(yī)學工程家用電器家用電器通信通信計算機計算機國防軍事國防軍事 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況3.

5、 DSP技術發(fā)展的兩個領域技術發(fā)展的兩個領域理論理論：數(shù)字信號處理的理論和方法近年來得到迅速：數(shù)字信號處理的理論和方法近年來得到迅速的發(fā)展，為各種實時處理的應用提供了方法基礎。的發(fā)展，為各種實時處理的應用提供了方法基礎。如：聲音圖像壓縮編碼，加密解密，調制解調，智如：聲音圖像壓縮編碼，加密解密，調制解調，智能天線。能天線。應用應用：為了滿足市場需求，隨著微電子科學與技術：為了滿足市場需求，隨著微電子科學與技術的進步，的進步，DSP的性能在迅速提高。如：時鐘頻率達的性能在迅速提高。如：時鐘頻率達到到1.1GHZ；處理速度每秒；處理速度每秒90億次，億次，32位浮點運算，位浮點運算，吞吐率達到吞吐

6、率達到2Gbit/s兩者關系兩者關系：理論推動了應用，應用促進理論的發(fā)展。：理論推動了應用，應用促進理論的發(fā)展。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況4. DSP的理論基礎的理論基礎它以眾多的它以眾多的經典理論體系經典理論體系作為自己的理論基作為自己的理論基礎，同時它又是礎，同時它又是新興學科新興學科理論基礎。理論基礎。經典理論體系：微積分，概率統(tǒng)計，隨機過經典理論體系：微積分，概率統(tǒng)計，隨機過程，數(shù)值分析，網絡理論，通信理論，控制程，數(shù)值分析，網絡理論，通信理論，控制論。論。新興學科：人工智能，模擬識別，神經網絡。新興學科：人工智能，模擬識別，神經網絡。 1.

7、1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況5. DSP的實現(xiàn)方法的實現(xiàn)方法PC機軟件實現(xiàn)。機軟件實現(xiàn)。PC機機+專用處理機。專用處理機。通用單片機（通用單片機（51、96系列等）系列等）專用專用DSP芯片。芯片。通用可編程通用可編程DSP芯片。芯片。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況6. DSP系統(tǒng)的特點（與模擬信號處理系系統(tǒng)的特點（與模擬信號處理系統(tǒng)相比）統(tǒng)相比）接口簡單、方便接口簡單、方便精度高、抗干擾能力強，穩(wěn)定性好精度高、抗干擾能力強，穩(wěn)定性好編程方便、易于實現(xiàn)復雜算法編程方便、易于實現(xiàn)復雜算法可程控可程控集成方便集成方便DSP

8、外觀與封裝外觀與封裝1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況7. DSP芯片的結構特點芯片的結構特點 （1） 改進的哈佛結構改進的哈佛結構 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況 （2）多總線結構）多總線結構 多總線結構可以保證在一個機器周期內多多總線結構可以保證在一個機器周期內多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。 DSPDSP指令執(zhí)行有指令執(zhí)行有P、T、D、E 四階段（由四階段（由6 6條數(shù)據(jù)條數(shù)據(jù)/ /地址總線并行實現(xiàn)地址總線并行實現(xiàn))，可以在一個機器，可以在一個機器周期內從程序存儲器取周期內從程序存儲器取1條指令

9、、從數(shù)據(jù)存儲條指令、從數(shù)據(jù)存儲器讀器讀2 2個操作數(shù)和向數(shù)據(jù)存儲器寫個操作數(shù)和向數(shù)據(jù)存儲器寫1個操作數(shù)，個操作數(shù)，大大提高了大大提高了DSP的運行速度。的運行速度。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況 （3） 流水線技術流水線技術(pipeline) DSP DSP處理器流水線技術是將各指令的各個步驟重處理器流水線技術是將各指令的各個步驟重疊起來執(zhí)行，而不是一條指令執(zhí)行完成之后，才疊起來執(zhí)行，而不是一條指令執(zhí)行完成之后，才開始執(zhí)行下一條指令。開始執(zhí)行下一條指令。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況 （4）多處理單元）多處理單元 D

10、SP內部一般包括多個處理單元，如算術內部一般包括多個處理單元，如算術邏輯運算單元邏輯運算單元(ALU)、輔助寄存器運算單元、輔助寄存器運算單元(ARAU)、累加器、累加器(ACC)及硬件乘法器及硬件乘法器(MUL)等。它們可以在一個指令周期內同時進行運算。等。它們可以在一個指令周期內同時進行運算。 多處理單元結構，特別多處理單元結構，特別適用于大量乘加操適用于大量乘加操作的矩陣運算、濾波、作的矩陣運算、濾波、FFTFFT、ViterbiViterbi譯碼等。譯碼等。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況 （5）指令周期短、功能強）指令周期短、功能強 采用采用4m

11、NMOS制造工藝，早期制造工藝，早期DSP的指令周期約的指令周期約400ns，運算速度為，運算速度為5MIPS。 采用高性能采用高性能CMOS制造工藝，其運行速度更快。制造工藝，其運行速度更快。TMS320LF240 x運行速度可達運行速度可達30MIPS，使得指令周期，使得指令周期縮短到縮短到30MHz。TMS320C54x運行速度可達運行速度可達100MIPS。TMS320C6203的時鐘為的時鐘為300MHz，運行速度達到，運行速度達到2400MIPS。 DSP指令功能強大，一條特殊指令可完成十分復雜指令功能強大，一條特殊指令可完成十分復雜的功能。如：的功能。如：TMS320C54x中的

12、中的FIRS和和LMS指令，分指令，分別用于系數(shù)對稱的別用于系數(shù)對稱的FIR濾波器和濾波器和LMS算法算法。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況 （6） 運算精度高運算精度高 早期早期DSP的字長為的字長為8位，后來逐步提高到位，后來逐步提高到16位、位、24位、位、32位。為防止運算過程中溢出，有位。為防止運算過程中溢出，有的累加器達到的累加器達到40位。位。 浮 點浮 點 D S P 提 供 了 更 大 的 動 態(tài) 范 圍 ， 如提 供 了 更 大 的 動 態(tài) 范 圍 ， 如TMS320C3x、TMS320C4x等。等。 1.1 TMS3201.1 TMS

13、320系列系列DSPDSP概況概況 （7）豐富的外設）豐富的外設 片內具有主機接口片內具有主機接口(HPI) 直接存儲器訪問控制器直接存儲器訪問控制器(DMAC) 外部存儲器擴展口外部存儲器擴展口 串行通信口串行通信口 中斷處理器中斷處理器 鎖相環(huán)時鐘產生器鎖相環(huán)時鐘產生器 測繪訪問口（實現(xiàn)符合測繪訪問口（實現(xiàn)符合IEEE 1149.1標準在片標準在片 仿真）仿真）1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況 （8）功耗低）功耗低 一般一般DSPDSP芯片功耗為芯片功耗為0.54W。 采用低功耗技術的采用低功耗技術的DSP芯片只有芯片只有0.1W，（電，（電池供電）池供

14、電） 如：如：TMS3205510僅僅0.25mW，特別適用于便，特別適用于便攜式數(shù)字終端。攜式數(shù)字終端。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況DSP最重要的特點：最重要的特點：特殊的特殊的內部結構內部結構、強大的、強大的信息處理能力信息處理能力及較高的及較高的運運行速度行速度。DSP芯片是高性能系統(tǒng)的核心芯片是高性能系統(tǒng)的核心:DSP能實時處理大量數(shù)據(jù)，特別是在能實時處理大量數(shù)據(jù)，特別是在聲音、圖像聲音、圖像等等不允許時間延遲領域的應用十分理想。不允許時間延遲領域的應用十分理想。如：如：DSP已成了全球已成了全球70%數(shù)字電話的數(shù)字電話的“心臟心臟”，同，同時

15、時DSP在網絡領域也有廣泛的應用。在網絡領域也有廣泛的應用。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況8. DSP芯片的分類芯片的分類（1） 按用途分類按用途分類 通用型通用型DSPDSP芯片芯片（本課程主要討論的芯片）本課程主要討論的芯片） 一般指可以用指令編程的一般指可以用指令編程的DSPDSP芯片，適合普通的芯片，適合普通的DSPDSP應用，如應用，如TITI公司的一系列公司的一系列DSPDSP芯片屬于通用型芯片屬于通用型DSPDSP芯片。芯片。 專用型專用型DSPDSP芯片芯片 為特定的為特定的DSPDSP運算而設計，如數(shù)字濾波、卷積和運算而設計，如數(shù)字濾波、

16、卷積和FFTFFT等，通過加載數(shù)據(jù)、控制參數(shù)或在管腳上加控等，通過加載數(shù)據(jù)、控制參數(shù)或在管腳上加控制信號的方法使其具有有限的可編程能力。如制信號的方法使其具有有限的可編程能力。如MotorolaMotorola公司的公司的DSP56200DSP56200。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況（2） 按數(shù)據(jù)格式分按數(shù)據(jù)格式分定點定點 DSP 數(shù)據(jù)以定點格式工作的數(shù)據(jù)以定點格式工作的DSP芯片稱為定點芯片稱為定點DSP芯芯片，該芯片簡單、成本較低。兩種基本表示方法：片，該芯片簡單、成本較低。兩種基本表示方法： 主要用于控制操作、地址計算主要用于控制操作、地址計算和

17、其他非信號處理的應用。和其他非信號處理的應用。 主要用于數(shù)字和各種信號處理主要用于數(shù)字和各種信號處理算法的計算中。算法的計算中。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況（2） 按數(shù)據(jù)格式分按數(shù)據(jù)格式分浮點浮點 DSP 數(shù)據(jù)以浮點格式工作的數(shù)據(jù)以浮點格式工作的DSP芯片稱為浮點芯片稱為浮點DSP芯片，該芯片運算精度高、運行速度快。芯片，該芯片運算精度高、運行速度快。 浮點數(shù)在運算中，表示數(shù)的范圍由于其指浮點數(shù)在運算中，表示數(shù)的范圍由于其指數(shù)可自動調節(jié)，因此可避免數(shù)的規(guī)格化和溢數(shù)可自動調節(jié)，因此可避免數(shù)的規(guī)格化和溢出等問題。但浮點出等問題。但浮點DSP一般比定點一般比定

18、點DSP復雜，復雜，成本較高。成本較高。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況9. DSP芯片芯片的發(fā)展及趨勢的發(fā)展及趨勢 （1） DSP芯片的發(fā)展歷程芯片的發(fā)展歷程 1978年年 第一片第一片DSP誕生誕生S2811(Microsystems公司公司AMI子公司子公司) 1986年以來得到突飛猛進的發(fā)展。年以來得到突飛猛進的發(fā)展。 現(xiàn)今：生產現(xiàn)今：生產DSP廠家廠家80多個，品種多個，品種300多種。多種。TI公司市場份額：公司市場份額：60%；AD公司市場份額：公司市場份額：15%；Motorola市場份額：市場份額：10%；Lucent市場份額：市場份額：5

19、%； 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況（2） TI公司公司DSP芯片簡介芯片簡介 第一代第一代：TMS32010及其系列產品（及其系列產品（1982年）年） 第二代：第二代：TMS32020、TMS320C25/C26/C28 第三代：第三代：TMS320C30/C31/C32， 第四代第四代：TMS320C40/C44， 第五代第五代：TMS320C50/C51/C52/C53/C54和集多個和集多個DSP于一體的高性能于一體的高性能DSP芯片芯片TMS320C80/C82等等 第六代第六代：TMS320C62x/C67x等。等。 1.1 TMS3201.

20、1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況（3）國內國內DSP的發(fā)展的發(fā)展概況概況 19831983年引進（年引進（TMS32010TMS32010） 我國我國DSPDSP產品主要來自海外。產品主要來自海外。TITI公司的產品約占國內公司的產品約占國內DSPDSP市場的市場的90%90%，其余為，其余為LucentLucent、ADAD、MotorolaMotorola、ZSPZSP和和NECNEC等公司。等公司。 現(xiàn)狀：現(xiàn)狀：DSPDSP開發(fā)工具開發(fā)工具 / DSP/ DSP硬件平臺開發(fā)硬件平臺開發(fā) / DSP/ DSP應用軟應用軟件開發(fā)件開發(fā) 國內較知名的公司：北京國內較知名的公司：北京

21、“聞亭聞亭”、“合眾達合眾達”等。等。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況11. TMS320系列系列DSP發(fā)展歷程發(fā)展歷程1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況1. C1x1. C1x系列簡介系列簡介 C1x是是TMS320系列系列DSP的首要成員，包括的首要成員，包括C10、C14、C15、C16和和C17五個版本。五個版本。 C1x是市場上最便宜的是市場上最便宜的DSP之一，主要應用之一，主要應用于于防抱死制動防抱死制動、音樂器材音樂器材、能量測量能量測量、馬達控馬達控制制和和數(shù)字無磁帶應答機數(shù)字無磁帶應答機等領域。等領域。

22、1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況2. C2x2. C2x系列簡介系列簡介 C2x系列系列DSP控制器，具有很好的性能，集成控制器，具有很好的性能，集成了了Flash存儲器、高速存儲器、高速A/D、CAN模塊等。模塊等。 C2x系列系列DSP芯片價格低，具有較高的性能和芯片價格低，具有較高的性能和適用于數(shù)字化控制領域的功能。因此在適用于數(shù)字化控制領域的功能。因此在工業(yè)自動工業(yè)自動化化、電動機控制電動機控制、家用電器家用電器和和消費電子消費電子等領域得等領域得到廣泛應用。到廣泛應用。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況3. C2x

23、x3. C2xx系列簡介系列簡介 TMS320C2xx系列系列DSP是是C2x的一個升級版本，的一個升級版本，它的指令周期縮減到它的指令周期縮減到2550ns，增加了基于，增加了基于JTAG的仿真，有多達的仿真，有多達4.5K的片內數(shù)據(jù)的片內數(shù)據(jù)/程序程序RAM。 主要面向主要面向計算機計算機、工業(yè)工業(yè)、用戶終端用戶終端和和電話電話等等新的新的DSP應用。應用。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況4. C5x4. C5x系列簡介系列簡介 C5x系列系列DSP芯片包括芯片包括C54x和和C55x兩大類兩大類 具有高度的操作靈活性和運行速度。其具有高度的操作靈活性和

24、運行速度。其結構采用改進的哈佛結構，具有專用硬件邏輯的結構采用改進的哈佛結構，具有專用硬件邏輯的CPU，片內存儲器，片內外設，以及一個效率很，片內存儲器，片內外設，以及一個效率很高的指令集。高的指令集。 16位定點位定點DSP，適應遠程通信等實時嵌入式應，適應遠程通信等實時嵌入式應用的需要。用的需要。1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況 C55x：是是C5000系列系列DSP中的子系列，是從中的子系列，是從C54x發(fā)展起來的，并與之原代碼兼容。發(fā)展起來的，并與之原代碼兼容。 C55x工作在工作在0.9V時，功耗低至時，功耗低至0.005mW/MIPS。 工作在工

25、作在400MHz鐘頻時，可達鐘頻時，可達800MIPS。和。和120MHz的的C54相比，相比，300MHz的的C55x性能提高性能提高5倍，功耗為倍，功耗為C54系列的系列的1/6。 因此，因此，C55x非常適合個人的和便攜式的應用，非常適合個人的和便攜式的應用，以及數(shù)字通信設施的應用。以及數(shù)字通信設施的應用。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況5. C6x5. C6x系列簡介系列簡介 TMS320C6xTMS320C6x系列是系列是TITI公司從公司從19971997年推出。采用年推出。采用TITI的專利技術的專利技術VeloiTIVeloiTI和新的超長

26、指令字結構，性能和新的超長指令字結構，性能達到很高的水平。達到很高的水平。 第一款芯片第一款芯片C6201，在，在200MHz鐘頻時，達到鐘頻時，達到1600MIPS。 2000年以后推出的年以后推出的C64x，在鐘頻，在鐘頻1.1GHz時，時，可以達到可以達到8800MIPS以上，即每秒執(zhí)行近以上，即每秒執(zhí)行近90億條指億條指令。片內令。片內DMA引擎和引擎和64個獨立的通道，使其個獨立的通道，使其I/O帶帶寬達到寬達到2GB/s。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況 C6x C6x推出了推出了C62x/C67x/C64xC62x/C67x/C64x等等3

27、3個子系列個子系列。 C62xC62x是是TITI公司于公司于19971997年開發(fā)的一種新型定點年開發(fā)的一種新型定點DSPDSP芯片。芯片?？赏瑫r執(zhí)行可同時執(zhí)行8 8條指令，其運算能力可達條指令，其運算能力可達2400MIPS2400MIPS。 C67xC67x是一種新型浮點是一種新型浮點DSPDSP芯片?？赏瑫r執(zhí)行芯片。可同時執(zhí)行8 8條指令，條指令，其運算能力可達其運算能力可達1G FLOPS1G FLOPS。 C64xC64x是是C6000C6000系列中最新的高性能定點系列中最新的高性能定點DSPDSP芯片，可以芯片，可以提供超過提供超過2GB/s2GB/s的持續(xù)帶寬。與的持續(xù)帶寬。

28、與C62xC62x相比，相比，C64xC64x的總性的總性能提高了能提高了1010倍。倍。 1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況TMS320C6xTMS320C6x系列主要應用系列主要應用 1) 1) 數(shù)字通信數(shù)字通信 適合于適合于FFT/IFFTFFT/IFFT，Read-SolomonRead-Solomon編解碼，循環(huán)回編解碼，循環(huán)回聲綜合濾波器，星座編解碼，卷積編碼，聲綜合濾波器，星座編解碼，卷積編碼，ViterbiViterbi解碼等信號處理算法的實時實現(xiàn)。解碼等信號處理算法的實時實現(xiàn)。 如如 ADSL( ADSL(非對稱數(shù)字用戶線非對稱數(shù)字用戶線)

29、)， 線纜調制解調器線纜調制解調器(cable modem)(cable modem) 移動通信移動通信 （移動電話基站、（移動電話基站、3G3G基站里的收發(fā)器、基站里的收發(fā)器、智能天線、智能天線、 ）1.1 TMS3201.1 TMS320系列系列DSPDSP概況概況 2) 2) 圖像處理圖像處理 C6x系列系列DSP廣泛地應用在圖像處理領域。廣泛地應用在圖像處理領域。例如，數(shù)字電視、數(shù)字照相機與攝像機、例如，數(shù)字電視、數(shù)字照相機與攝像機、打印機、數(shù)字掃描儀、雷達打印機、數(shù)字掃描儀、雷達/聲吶及醫(yī)用圖聲吶及醫(yī)用圖像處理等，在這些應用中，像處理等，在這些應用中，DSP用來做圖用來做圖像壓縮、圖

30、像傳輸、模式及光學特性識別、像壓縮、圖像傳輸、模式及光學特性識別、加密加密/解密及圖像增強等。解密及圖像增強等。 1.2 TMS320LF240 x1.2 TMS320LF240 x芯片概述芯片概述TMS320LF240 x系列是系列是TMS320C2x家族中最新、家族中最新、功能強大的功能強大的DSP芯片，是為了滿足控制應用而設芯片，是為了滿足控制應用而設計的。計的。高性能、高速度高性能、高速度：集成了高性能的：集成了高性能的DSP內核和微內核和微處理器的片內外設；每秒處理器的片內外設；每秒3000萬條指令萬條指令(30MIPS)的處理速度。的處理速度。高可靠性、可編程性高可靠性、可編程性：LF240 x DSP的的16位定點位定點DSP內核為模擬系統(tǒng)的設計者提供了一個不犧牲內核為模擬系統(tǒng)的設計者提供了一個不犧牲系統(tǒng)精度和性能的數(shù)字解決方案。系統(tǒng)精度和性能的數(shù)字解決方案。1.2 TMS320LF240 x1.2 TMS320LF240 x芯片概述芯片概述兩個事件管理器模