DSP基本介紹及CCS軟件分解

會計(jì)學(xué)1DSP基本介紹及CCS軟件分解1、DSP的概念廣義的概念:廣義的概念可理解為數(shù)字信號處理（DigitalSignalProcessing，DSP）技術(shù)，主要是研究數(shù)字信號處理的各種算法。狹義的概念:狹義的概念可理解為數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcesor），主要采用硬件實(shí)現(xiàn)，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。DSP也就是硬件工程師和芯片制造商所指專用于實(shí)現(xiàn)信號處理算法的微處理器芯片。第1頁/共43頁2、數(shù)字信號處理概述2.1數(shù)字信號處理系統(tǒng)的構(gòu)成2.2數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)2.3數(shù)字信號處理的特點(diǎn)返回首頁第2頁/共43頁2.1數(shù)字信號處理系統(tǒng)的構(gòu)成圖2-1典型的數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖返回本節(jié)DSP第3頁/共43頁2.2數(shù)字信號處理的實(shí)現(xiàn)1）在通用PC機(jī)上用軟件實(shí)現(xiàn)，靈活方便單速度慢。2）利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)簡單的DSP處理，如數(shù)字控制。3）利用通用DSP芯片來實(shí)現(xiàn)，靈活、速度快、可實(shí)時(shí)處理。4）利用專用DSP芯片來實(shí)現(xiàn)，算法用硬件實(shí)現(xiàn)，速度極快。返回本節(jié)第4頁/共43頁2.3數(shù)字信號處理的特點(diǎn)與模擬系統(tǒng)（ASP）相比，數(shù)字系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：（1）精度高，編程方便，可程控；（2）可靠性高；（3）靈活性大；（4）接口簡單；（5）易于大規(guī)模集成；。返回本節(jié)第5頁/共43頁3、DSP芯片概述3.1DSP芯片的種類3.2TMS320DSP系列3.3DSP芯片的主要特點(diǎn)3.4DSP芯片的應(yīng)用返回首頁第6頁/共43頁3.1DSP芯片的種類DSP芯片可以按照以下3種方式進(jìn)行分類。1．按數(shù)據(jù)格式分:定點(diǎn)和浮點(diǎn) 根據(jù)DSP芯片工作的數(shù)據(jù)格式可分為定點(diǎn)DSP芯片與浮點(diǎn)DSP芯片。即數(shù)據(jù)以定點(diǎn)格式工作的DSP芯片稱之為定點(diǎn)DSP芯片;以浮點(diǎn)格式工作的稱為浮點(diǎn)DSP芯片。 注意：定點(diǎn)DSP也可以通過軟件形式實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算。2．按用途分：通用和專用 按照DSP芯片的用途來分，可分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。通用型DSP芯片適合普通的DSP應(yīng)用，如TI公司的一系列DSP芯片。專用型DSP芯片是為特定的DSP運(yùn)算而設(shè)計(jì)的，更適合特殊的運(yùn)算，如數(shù)字濾波，卷積和FFT等。第7頁/共43頁3.2DSP芯片的發(fā)展及趨勢

（1）DSP芯片的發(fā)展歷程

☉1978年第一片DSP誕生S2811(Microsystems公司AMI子公司)☉1986年以來得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。☉現(xiàn)今：生產(chǎn)DSP廠家80多個(gè)，品種300多種。TI（德州儀器）公司市場份額：60%；ADI（美國模擬器件）公司市場份額：15%；Motorola市場份額：10%；Lucent市場份額：5%；

第8頁/共43頁（2）TI公司DSP芯片簡介

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第一代：TMS32010及其系列產(chǎn)品（1982年）

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第二代：TMS32020、TMS320C25/C26/C28

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第三代：TMS320C30/C31/C32，

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第四代：TMS320C40/C44，

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第五代：TMS320C50/C51/C52/C53/C54和集多個(gè)DSP于一體的高性能DSP芯片TMS320C80/C82等

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第六代：TMS320C62x/C67x等。

第9頁/共43頁TIDSP芯片介紹目前，TI主流DSP產(chǎn)品是TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000系列。TMS320C2000系列包括C24x、C28x，主要面向工業(yè)控制應(yīng)用，除了具備強(qiáng)大的運(yùn)算能力外，片內(nèi)還集成了豐富的外設(shè)模塊，便于構(gòu)成高性能的工業(yè)測控系統(tǒng)。TMS320C5000系列包括C54x、C55x，是低功耗高性能的定點(diǎn)DSP，功耗低至0.05mW/MIPS，性能高達(dá)600MIPS。它針對強(qiáng)大且經(jīng)濟(jì)高效的嵌入式信號處理解決方案進(jìn)行了優(yōu)化，其中包括消費(fèi)類電子、通信、醫(yī)療、安保和工業(yè)應(yīng)用中的便攜式電子產(chǎn)品。TMS320C6000系列包括C62x、C64x和C67x，是TI超高性能DSP，一般應(yīng)用于高性能復(fù)雜的通信系統(tǒng)和其他一些高端應(yīng)用，如語音識別、圖形處理、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。第10頁/共43頁（3）國內(nèi)DSP的發(fā)展概況☉1983年引進(jìn)（TMS32010）☉我國DSP產(chǎn)品主要來自海外。TI公司的產(chǎn)品約占國內(nèi)DSP市場的90%，其余為Lucent、AD、Motorola、ZSP和NEC等公司。☉現(xiàn)狀：DSP開發(fā)工具

/DSP硬件平臺開發(fā)

/DSP應(yīng)用軟件開發(fā)☉國內(nèi)較知名的DSP公司：北京“聞亭”、“合眾達(dá)”等。

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國內(nèi)引入的主流產(chǎn)品：

?TMS320F2407(電機(jī)控制)

?TMS320C5409(信息處理)

?TMS320C6201(圖像處理)

第12頁/共43頁3.3DSP芯片的主要特點(diǎn)1．哈佛結(jié)構(gòu)（與馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的區(qū)別）2．多總線結(jié)構(gòu)3．指令系統(tǒng)的流水線操作4．專用的硬件乘法器5．特殊的DSP指令6．快速的指令周期7．硬件配置強(qiáng)第13頁/共43頁3.3.1哈佛結(jié)構(gòu)第14頁/共43頁

DSP處理器流水線技術(shù)是將各指令的各個(gè)步驟重疊起來執(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。3.3.2DSP采用流水線技術(shù)第15頁/共43頁3.4DSP芯片的應(yīng)用（1）信號處理（2）通信（3）語音（4）圖形/圖像（5）軍事（6）儀器儀表（7）自動控制（8）醫(yī)療（9）家用電器第16頁/共43頁電腦常用單位換算1TB=1024GB

1GB=1024MB

1MB=1024KB

1KB=1024Byte

1Byte=8Bit注：Byte是字節(jié)，Bit是位

KB是千字節(jié)

MB是兆

GB是千兆

TB是千千兆

一般情況把他們看作是按千進(jìn)位就行，準(zhǔn)確的是1024也就是2的10次方。第17頁/共43頁DSP主要技術(shù)指標(biāo)ICY（InstructionCycle）指令周期：執(zhí)行一條指令所需時(shí)間，通常以ns為單位。MAC時(shí)間（MultiplierAccumulator，乘法累加時(shí)間）：執(zhí)行一次乘法加上一次加法的時(shí)間。大部分DSP芯片可在一個(gè)指令周期完成一次乘法和加法操作。FFT處理時(shí)間（FastFourierTransform，快速傅里葉變換處理時(shí)間）：即運(yùn)算一個(gè)N點(diǎn)FFT程序所需的時(shí)間。MIPS（MillionInstructionsPerSecond）：百萬條指令/秒。MOPS（MillionOperationsPerSecond）：百萬次操作/秒。操作包括CPU操作、地址計(jì)算、數(shù)據(jù)訪問和傳輸、I/O操作等。MFLOPS（MillionFloatingpointOperationsPerSecond）：百萬次浮點(diǎn)操作/秒。表征浮點(diǎn)DSP運(yùn)算性能的重要指標(biāo)。MBPS（Million-bitsPerSecond）：百萬位/秒。用于衡量DSP的數(shù)據(jù)傳輸能力，通常指總線或I/O的帶寬，它是對總線或I/O數(shù)據(jù)吞吐率的量度。第18頁/共43頁DSP芯片的選型DSP芯片的運(yùn)算速度。DSP芯片的運(yùn)算精度。DSP芯片的硬件資源。DSP芯片的功耗。DSP芯片的價(jià)格。DSP芯片的開發(fā)工具。其他因素，如封裝形式、工作條件等。第19頁/共43頁DSP與MCU、FPGA、ARMDSP：用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的微處理器芯片。MCU：微控制器，又稱單片機(jī)。FPGA：現(xiàn)場可編程門陣列。ARM：采用ARM架構(gòu)的微處理器。嵌入式系統(tǒng)定義：根據(jù)國際電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器和車間運(yùn)行的裝置”。應(yīng)用領(lǐng)域：單片機(jī)偏于一般的控制和事務(wù)型處理，而DSP適合數(shù)字信號處理的各種運(yùn)算，F(xiàn)PGA由于其極強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性，一般用于產(chǎn)品的原型開發(fā)，在航天領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。ARM一般嵌入一些微操作系統(tǒng)，如WindowsCE、Linux等，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，提供簡單友好的圖形界面，便于擴(kuò)展，有很好的移植性，主要用于復(fù)雜控制。第20頁/共43頁4、TMS320F2812性能概述TMS320F28X介紹TMS320F28X功能框圖第21頁/共43頁1.TMS320F28X介紹 TMS320C28x系列是TI公司最新推出的DSP芯片，是目前國際市場上最先進(jìn)、功能最強(qiáng)大的32位定點(diǎn)DSP芯片。它既具有數(shù)字信號處理能力，又具有強(qiáng)大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于有大批量數(shù)據(jù)處理的測控場合，如工業(yè)自動化控制、電力電子技術(shù)應(yīng)用、智能化儀器儀表及電機(jī)、交直流伺服控制系統(tǒng)等。第22頁/共43頁2.TMS320F2812功能框圖第23頁/共43頁

外設(shè)資源F281x處理器集成了很多外設(shè)，處理器將所有的外設(shè)都映射到了數(shù)據(jù)存儲器空間。每個(gè)外設(shè)被分配一段相應(yīng)的地址空間，主要包括配置寄存器、輸入寄存器、輸出寄存器和狀態(tài)寄存器。每個(gè)外設(shè)只要通過簡單的訪問存儲器中的寄存器就可以使用該設(shè)備。第24頁/共43頁

外設(shè)資源事件管理器通用I/O模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊SPI和SCI通信接口CAN總線通信模塊看門狗PLL時(shí)鐘模塊多通道緩沖串口外部中斷接口存儲器及其接口第25頁/共43頁

事件管理器處理器上有EVA和EVB兩個(gè)事件管理器每個(gè)事件管理器模塊包括：定時(shí)器、比較單元、捕捉單元、PWM邏輯電路、正交編碼脈沖電路及中斷邏輯電路等第26頁/共43頁

通用IO在TMS320F281x處理器有限的引腳當(dāng)中，相當(dāng)一部分都是特殊功能引腳和GPIO引腳公用的。實(shí)際上，GPIO作為與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道，也是非常有用的。GPIOMux寄存器選擇這些引腳的功能，如果配置成通用的數(shù)字IO引腳，則還需要通過DATDIR數(shù)據(jù)和方向控制寄存器來控制。第27頁/共43頁

模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊

ADC模塊將外部的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，ADC模塊可以將一個(gè)控制信號進(jìn)行濾波或者實(shí)現(xiàn)運(yùn)動系統(tǒng)的閉環(huán)控制。在電機(jī)控制系統(tǒng)中，采用ADC模塊采集電機(jī)的電流或電壓實(shí)現(xiàn)電流環(huán)的閉環(huán)控制。10位（24x，240x）12位（281x，280x）16通道（281x）第28頁/共43頁

串行通信接口SCISCI屬于雙線的異步串行通信接口，即平時(shí)所說的通用異步收發(fā)器UART（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter）口，并采用NRZ（No-Return-Zero）數(shù)據(jù)格式，可以通過SCI串行接口與CPU或其他的異步外設(shè)進(jìn)行通信。SCI-A和SCI-B第29頁/共43頁

串行外設(shè)接口SPI是一個(gè)高速同步串行通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)DSP與外部設(shè)備之間的高速串行通信。應(yīng)用中經(jīng)常使用SPI接口和擴(kuò)展外設(shè)的移位寄存器、LCD顯示以及ADC等外設(shè)通信。第30頁/共43頁CAN總線通信模塊

CAN總線是一種串行通信協(xié)議，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可以應(yīng)用在電磁噪聲比較大的場合。F281x的CAN總線接口模塊是增強(qiáng)型的CAN接口，完全支持CAN2.OB總線規(guī)范。它有32個(gè)可配置的接收/發(fā)送郵箱，支持消息的定時(shí)郵遞功能。最高通信速率可以達(dá)到1Mbps，可以使用該接口構(gòu)建高可靠的CAN總線網(wǎng)絡(luò)。第31頁/共43頁

看門狗看門狗主要用來檢測軟件和硬件的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)內(nèi)部計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號。為了避免產(chǎn)生不必要的復(fù)位，要求用戶定期對看門狗定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位。如果不明的原因使CPU中斷程序，看門狗將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號，使CPU復(fù)位，程序從系統(tǒng)軟件的開始執(zhí)行?？撮T狗有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。第32頁/共43頁P(yáng)LL時(shí)鐘模塊鎖相環(huán)（PLL）模塊主要用來控制DSP內(nèi)核的工作頻率，外部提供一個(gè)參考時(shí)鐘輸入，經(jīng)過鎖相環(huán)倍頻或分頻后提供給DSP內(nèi)核。C281x數(shù)字信號處理器能夠?qū)崿F(xiàn)0.5~10倍的倍頻。第33頁/共43頁

多通道緩沖串口McBSP多通道緩沖串口主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：支持全雙工通信模式；雙緩沖數(shù)據(jù)寄存器，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的通信數(shù)據(jù)流；收發(fā)的幀和時(shí)鐘相互獨(dú)立；可以采用外部移位時(shí)鐘或內(nèi)部的時(shí)鐘；支持8位、12位、16位、20位、24位或32位的數(shù)據(jù)格式；第34頁/共43頁

外部中斷接口F281x支持多種外設(shè)中斷，外設(shè)中斷擴(kuò)展模塊（PIE）最多支持96個(gè)獨(dú)立的中斷。并將這些中斷分成8組，每一組有12個(gè)中斷源，根據(jù)中斷向量表來確定產(chǎn)生的中斷類型。CPU快速響應(yīng)外設(shè)中斷。中斷響應(yīng)延時(shí)為9個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘。第35頁/共43頁

存儲器及其接口F28lx采用同一編址方式，

TMS320F240x采用程序、