DSP技術(shù)及應(yīng)用課件

DSP技術(shù)及應(yīng)用

前導(dǎo)課程:微機原理,單片機原理,數(shù)字信號處理理論教學(xué)：32學(xué)時實驗：16學(xué)時一DSP概念及相關(guān)知識簡介1.DSP與DSP技術(shù)

1）DSP(DigitalSignalProcessing)數(shù)字信號處理的理論和方法。

2）DSP(DigitalSignalProcessor)用于數(shù)字信號處理的可編程微處理器。

DSP技術(shù)(DigitalSignalProcess)是利用專門或通用數(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(shù)。

第一章：緒論__1.1概述2.CPU、MCU、DSP區(qū)別與聯(lián)系

20世紀(jì)70年代微處理器問世以來，一直沿著3個方向發(fā)展。這三類微處理器各有其特點。雖然在技術(shù)上不斷借鑒和交融，但又有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域。☉CPU：微型計算機中央處理器。（如：奔騰等）

CenterProcessorUnit☉MCU：單片微型計算機（如MCS-51，MCS-96等）

MicroControllerUnit(SingleChipMicrocomputer)☉DSP：可編程的數(shù)字信號處理器。

DSP(DigitalSignalProcessor第一章：緒論__1.1概述第一章：緒論__1.1概述

3.DSP技術(shù)發(fā)展的兩個領(lǐng)域☉理論：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(yīng)用提供了方法基礎(chǔ)。如：聲音圖像壓縮編碼，加密解密，調(diào)制解調(diào)，智能天線。☉應(yīng)用：為了滿足市場需求，隨著微電子科學(xué)與技術(shù)的進步，DSP的性能在迅速提高。如：時鐘頻率達到1.1GHZ；處理速度每秒90億次，32位浮點運算，吞吐率達到2Gbit/s☉兩者關(guān)系：理論推動了應(yīng)用，應(yīng)用促進理論的發(fā)展。

4.DSP的理論基礎(chǔ)它以眾多的經(jīng)典理論體系作為自己的理論基礎(chǔ)，同時它又是新興學(xué)科理論基礎(chǔ)。經(jīng)典理論體系：微積分，概率統(tǒng)計，隨機過程，數(shù)值分析，網(wǎng)絡(luò)理論，通信理論，控制論。新興學(xué)科：人工智能，模擬識別，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

第一章：緒論__1.1概述5.DSP的實現(xiàn)方法☉PC機軟件實現(xiàn)。（C語言、MATLAB語言等）主要用于DSP算法的模擬與仿真，驗證算法的正確性和性能。優(yōu)點是靈活方便，缺點是速度較慢。

☉PC機+專用處理機。專用性強，應(yīng)用受到很大的限制，不便于系統(tǒng)的獨立運行。

☉通用單片機（51、96系列等）適用于簡單的DSP算法，完成一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號處理任務(wù)，如數(shù)字控制等。

第一章：緒論__1.1概述5.DSP的實現(xiàn)方法（續(xù)一）☉專用DSP芯片。（特殊功能：如：FFT、數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)等算法）這種芯片將相應(yīng)的信號處理算法在芯片內(nèi)部用硬件實現(xiàn)，無須進行編程。處理速度極高，但專用性強，應(yīng)用受到限制。

☉通用可編程DSP芯片。具有更加適合于數(shù)字信號處理的軟件和硬件資源，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號處理算法，特點是靈活、速度快，可實時處理。第一章：緒論__1.1概述5.DSP的實現(xiàn)方法（續(xù)二）本課程主要討論數(shù)字信號處理的軟硬件實現(xiàn)方法，即利用數(shù)字信號處理器(DSP芯片)，通過配置硬件和編程，實現(xiàn)所要求的數(shù)字信號處理任務(wù)。

第一章：緒論__1.1概述二DSP系統(tǒng)的特點（與模擬信號處理系統(tǒng)相比）☉接口簡單、方便。電氣特性簡單，數(shù)據(jù)流采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。☉精度高、抗干擾能力強，穩(wěn)定性好。僅受量化誤差，有限字長影響，信噪比高，器件性能影響小。☉編程方便、易于實現(xiàn)復(fù)雜算法（含自適應(yīng)算法）。DSP芯片提供高速計算平臺，可實現(xiàn)復(fù)雜的信號處理。

第一章：緒論__1.1概述DSP系統(tǒng)的特點（續(xù)一）☉可程控。當(dāng)系統(tǒng)的功能和性能發(fā)生改變時，不需要重新設(shè)計、裝配、調(diào)試。如：數(shù)字濾波：低通、高通、帶通…。軟件無線電：不同工作模式電臺通信。虛擬儀器：濾波器、頻譜儀等。☉集成方便。因為DSP芯片內(nèi)除DSP芯片還有一定的外圍電路。

第一章：緒論__1.1概述第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片

三DSP芯片的結(jié)構(gòu)特點

（1）改進的哈佛結(jié)構(gòu)

（2）多總線結(jié)構(gòu)

多總線結(jié)構(gòu)可以保證在一個機器周期內(nèi)多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間。如：TMS320C54x內(nèi)部有P、C、D、E4條總線(每條總線又包括地址總線和數(shù)據(jù)總線)，可以在一個機器周期內(nèi)從程序存儲器取1條指令、從數(shù)據(jù)存儲器讀2個操作數(shù)和向數(shù)據(jù)存儲器寫1個操作數(shù)，大大提高了DSP的運行速度。第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片

（3）流水線技術(shù)

DSP處理器流水線技術(shù)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，才開始執(zhí)行下一條指令。第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片（4）多處理單元

DSP內(nèi)部一般包括多個處理單元，如算術(shù)邏輯運算單元(ALU)、輔助寄存器運算單元(ARAU)、累加器(ACC)及硬件乘法器(MUL)等。它們可以在一個指令周期內(nèi)同時進行運算。多處理單元結(jié)構(gòu)，特別適用于大量乘加操作的矩陣運算、濾波、FFT、Viterbi譯碼等。第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片（5）指令周期短、功能強

采用4mNMOS制造工藝，其運算速度為5MIPS(每秒執(zhí)行百萬條指令)。采用亞微米CMOS制造工藝，其運行速度更快。TMS320C54x：運行速度可達100MIPS。TMS320C6203的時鐘為300MHz，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(fù)雜的功能。如：TMS320C54x中的FIRS和LMS指令，分別用于系數(shù)對稱的FIR濾波器和LMS算法。

（6）運算精度高

早期DSP的字長為8位，后來逐步提高到16位、24位、32位。為防止運算過程中溢出，有的累加器達到40位。浮點DSP提供了更大的動態(tài)范圍，如TMS320C3x、TMS320C4x、ADSP21020等。

第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片（7）豐富的外設(shè)片內(nèi)具有主機接口(HPI)，直接存儲器訪問控制器(DMAC)，外部存儲器擴展口，串行通信口，中斷處理器，鎖相環(huán)時鐘產(chǎn)生器測繪訪問口（實現(xiàn)符合IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)在片仿真）第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片（8）功耗低一般DSP芯片功耗為0.5～4W。

采用低功耗技術(shù)的DSP芯片只有0.1W，（電池供電）如：TMS3205510僅0.25mW，特別適用于便攜式數(shù)字終端。

第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片DSP最重要的特點：特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、強大的信息處理能力及較高的運行速度。

DSP芯片是高性能系統(tǒng)的核心:DSP能實時處理大量數(shù)據(jù)，特別是在聲音、圖像等不允許時間延遲領(lǐng)域的應(yīng)用十分理想。如：DSP已成了全球70%數(shù)字電話的“心臟”，同時DSP在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片2.DSP芯片的分類

（1）按用途分類通用型DSP芯片（本課程主要討論的芯片）一般指可以用指令編程的DSP芯片，適合普通的DSP應(yīng)用，如TI公司的一系列DSP芯片屬于通用型DSP芯片。專用型DSP芯片為特定的DSP運算而設(shè)計，如數(shù)字濾波、卷積和FFT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Motorola公司的DSP56200。

第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片2.DSP芯片的分類（2）按數(shù)據(jù)格式分

定點DSP

數(shù)據(jù)以定點格式工作的DSP芯片稱為定點DSP芯片，該芯片簡單、成本較低。兩種基本表示方法：

?整數(shù)表示方法：主要用于控制操作、地址計算和其他非信號處理的應(yīng)用。

?小數(shù)表示方法：主要用于數(shù)字和各種信號處理算法的計算中。定點表示并不意味著一定是整數(shù)表示。第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片浮點DSP

數(shù)據(jù)以浮點格式工作的DSP芯片稱為浮點DSP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)的范圍由于其指數(shù)可自動調(diào)節(jié)，因此可避免數(shù)的規(guī)格化和溢出等問題。但浮點DSP一般比定點DSP復(fù)雜，成本較高。

第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片3.DSP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的發(fā)展。☉現(xiàn)今：生產(chǎn)DSP廠家80多個，品種300多種。TI公司市場份額：60%；AD公司市場份額：15%；Motorola市場份額：10%；Lucent市場份額：5%；

第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片（2）TI公司DSP芯片簡介

?第一代：TMS32010及其系列產(chǎn)品（1982年）

?第二代：TMS32020、TMS320C25/C26/C28?第三代：TMS320C30/C31/C32，

?第四代：TMS320C40/C44，

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

?第六代：TMS320C62x/C67x等。

第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片（3）國內(nèi)DSP的發(fā)展概況☉1983年引進（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)較知名的公司：北京“聞亭”、“合眾達”等。

第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片

國內(nèi)引入的主流產(chǎn)品：

?TMS320F2407(電機控制)?TMS320C5409(信息處理)?TMS320C6201(圖像處理)

第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片4.DSP芯片的應(yīng)用

☉通用數(shù)字信號處理：濾波、自適應(yīng)、卷積、FFT、希伯特變換、頻譜分析等；☉語音識別與處理：語音編碼/會議/識別/信箱等；☉圖形/圖像處理：二維/三維圖形變換、模式識別、圖像識別、電子地圖、機器人視覺等；☉儀器儀表：函數(shù)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集等；

第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片4.DSP芯片的應(yīng)用(續(xù)一)

☉自動控制：機器人控制、發(fā)動機控制、升空作業(yè)等；☉醫(yī)學(xué)工程：心/腦電圖、監(jiān)護、超聲、X—射線掃描等；☉家用電器：HDTV(高清度電視)、高保真音響、數(shù)字電話、電子玩具等；☉通信：糾錯編/譯碼、自適應(yīng)均衡、回波抵消、同步、分集接收、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、擴頻通信、軟件無線電等；

第一章：緒論__1.2可編程DSP芯片4.DSP芯片的應(yīng)用(續(xù)二)

☉計算機：陣列處理器、圖形加速器、工作站和多媒體計算機等。☉國防軍事：雷達與聲吶信號處理、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)、保密通信、全球定位、電子對抗、情報收集與處理等。

第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述

TI公司常用的DSP芯片可以歸納為三大系列：

?TMS320C2000系列：TMS320C2xx/C24x/C28x等；

?TMS320C5000系列：TMS320C54x/C55x等；

?TMS320C6000系列：TMS320C62x/C67x/C64x。

說明：同一代TMS320系列DSP產(chǎn)品的CPU結(jié)構(gòu)是相同的，但其片內(nèi)存儲器及外設(shè)電路的配置不一定相同。一些派生器件，諸如片內(nèi)存儲器和外設(shè)電路的不同組合，滿足了世界電子市場的各種需求。第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述1.C2000系列簡介

?TMS320C2000系列DSP控制器，具有很好的性能，集成了Flash存儲器、高速A/D、CAN模塊等。

?C2000系列DSP芯片價格低，具有較高的性能和適用于數(shù)字化控制領(lǐng)域的功能。因此在工業(yè)自動化、電動機控制、家用電器和消費電子等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

?TI目前主推C24x和C28x兩個子系列第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述

?C24x系列：20MIPS或以上，比傳統(tǒng)的16位MCU的性能要高出很多。使用DSP后，可以應(yīng)用自適應(yīng)控制、Kalman濾波、狀態(tài)控制等先進的控制算法，使控制系統(tǒng)的性能大大提高。

?C28x系列：用于數(shù)字控制領(lǐng)域性能最好的DSP芯片。采用32位的定點DSP核，最高速度可達400MIPS，可以在單個指令周期內(nèi)完成32×32位的乘累加運算，具有增強的電機控制外設(shè)，高性能A/D和改進的通信接口，8GB的線性地址空間，低壓供電(3.3V外設(shè)/1.8VCPU核)。

第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述2.C5000系列簡介

C5000系列DSP芯片包括C54x和C55x兩大類

?C54x：具有高度的操作靈活性和運行速度。其結(jié)構(gòu)采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專用硬件邏輯的CPU，片內(nèi)存儲器，片內(nèi)外設(shè)，以及一個效率很高的指令集。

16位定點DSP，適應(yīng)遠(yuǎn)程通信等實時嵌入式應(yīng)用的需要。本課程將以C54x為主介紹DSP技術(shù)，第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述

?C55x：是C5000系列DSP中的子系列，是從C54x發(fā)展起來的，并與之原代碼兼容。

C55x工作在0.9V時，功耗低至0.005mW/MIPS。工作在400MHz鐘頻時，可達800MIPS。和120MHz的C54相比，300MHz的C55x性能提高5倍，功耗為C54系列的1/6。因此，C55x非常適合個人的和便攜式的應(yīng)用，以及數(shù)字通信設(shè)施的應(yīng)用。

第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述舉例：

DSP在手機中的應(yīng)用：(1)2G手機：基帶體系結(jié)構(gòu)由兩部分組成DSP/MCUDSP：早期的2G手機中，這些功能由C54X實現(xiàn)，工作頻率約40MHZ。2.5G手機中，這些功能由C55X實現(xiàn)，工作頻率約>100MHZ第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述

MCU：負(fù)責(zé)支持手機的用戶界面，并處理通信協(xié)議棧中的上層協(xié)議

芯片：32位RISC內(nèi)核：ARM7TDMI，f=10MHZ//40MHZ(2.5G)第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述(2)2.5G手機：典型例子：GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）利用多個GSM時隙，通過分組交換，始終在線的信道，可以為用戶提供高達155kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率（3G室內(nèi)達2Mbps）(3)3G手機：將實時通信功能與用戶交互式應(yīng)用分開，實現(xiàn)多媒體通信。☉開放式多媒體應(yīng)用平臺OMAP含多個DSP、MCU☉動態(tài)的應(yīng)用環(huán)境可不斷將新的應(yīng)用軟件下栽到DSP、MCU內(nèi)第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述3.C6000系列簡介

TMS320C6000系列是TI公司從1997年推出。采用TI的專利技術(shù)VeloiTI和新的超長指令字結(jié)構(gòu)，性能達到很高的水平。

?第一款芯片C6201，在200MHz鐘頻時，達到1600MIPS。

?2000年以后推出的C64x，在鐘頻1.1GHz時，可以達到8800MIPS以上，即每秒執(zhí)行近90億條指令。片內(nèi)DMA引擎和64個獨立的通道，使其I/O帶寬達到2GB/s。

第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述C6000推出了C62x/C67x/C64x等3個子系列。

?C62x是TI公司于1997年開發(fā)的一種新型定點DSP芯片?？赏瑫r執(zhí)行8條指令，其運算能力可達2400MIPS。

?C67x是一種新型浮點DSP芯片。可同時執(zhí)行8條指令，其運算能力可達1GFLOPS。

?C64x是C6000系列中最新的高性能定點DSP芯片，可以提供超過2GB/s的持續(xù)帶寬。與C62x相比，C64x的總性能提高了10倍。第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述TMS320C6000系列主要應(yīng)用

1)數(shù)字通信適合于FFT/IFFT，Read-Solomon編解碼，循環(huán)回聲綜合濾波器，星座編解碼，卷積編碼，Viterbi解碼等信號處理算法的實時實現(xiàn)。如

?ADSL(非對稱數(shù)字用戶線)，

?線纜調(diào)制解調(diào)器(cablemodem)?移動通信（移動電話基站、3G基站里的收發(fā)器、智能天線、）第一章：緒論__1.3TMS320系列DSP概述

2)圖像處理

C6000系列DSP廣泛地應(yīng)用在圖像處理領(lǐng)域。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/聲吶及醫(yī)用圖像處理等，在這些應(yīng)用中，DSP用來做圖像壓縮、圖像傳輸、模式及光學(xué)特性識別、加密/解密及圖像增強等。

第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要

1.DSP系統(tǒng)設(shè)計過程

第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要

（1）算法研究與優(yōu)化

?根據(jù)系統(tǒng)需求進行算法仿真和高級語言(如MATLAB)模擬實現(xiàn)，通過仿真驗證算法的正確性、精度和效率，以確定最佳算法，并初步確定相應(yīng)的參數(shù)。

?核算算法需要的DSP處理能力。一是選擇DSP的重要因素，另一影響目標(biāo)板的DSP結(jié)構(gòu)（如采用單DSP還是多DSP，并行結(jié)構(gòu)還是串行結(jié)構(gòu)等）。

?優(yōu)化算法。一方面提高算法的效率，另一方面使算法更加適合DSP的體系結(jié)構(gòu)（如對算法進行并行處理的分解或流水處理的分解等），以便獲得運算量最小和使用資源最少的算法。

第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要

（2）DSP芯片及外圍芯片的確定

根據(jù)算法的運算速度、精度和存儲要求等參數(shù)選擇DSP芯片及外圍芯片。每種DSP芯片都有它特別適合處理的領(lǐng)域。如：TMS320C54x系列適合通信領(lǐng)域的應(yīng)用（對Vertbi譯碼、FFT等算法的支持，保證了通信信號處理算法的實現(xiàn)效率）。

TMS320C24xx系列適合家電產(chǎn)品領(lǐng)域，不論是對算法的支持、存儲器配置，還是外設(shè)支持，都能充分保證應(yīng)用的效率。第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要

（3）軟硬件設(shè)計階段（三步）①按選定的算法和DSP芯片對系統(tǒng)的各項功能進行軟硬件分工。如FFT、數(shù)字上/下變頻器、RAKE分集接收是否需要專門芯片或FPGA芯片實現(xiàn)，譯碼判決算法是用軟件判決還是硬件判決等。②根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)進行硬件設(shè)計，完成DSP芯片外圍電路和其他電路(如轉(zhuǎn)換、控制、存儲、輸出輸入等電路)的設(shè)計。③根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求和所確定的硬件編寫相應(yīng)的DSP匯編程序，完成軟件設(shè)計（在實際應(yīng)用系統(tǒng)中常常采用高級語言和匯編語言的混合編程方法，即在算法運算量大的地方，用手工編寫的方法編寫匯編語言，而運算量不大的地方則采用高級語言）。第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要

（4）硬件和軟件調(diào)試階段

?硬件調(diào)試：一般采用硬件仿真器進行；

?軟件調(diào)試：一般借助DSP開發(fā)工具(如軟件模擬器、DSP開發(fā)系統(tǒng)或仿真器)進行。通過比較在DSP上執(zhí)行的實時程序和模擬程序執(zhí)行情況來判斷軟件設(shè)計是否正確。

第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要

（5）系統(tǒng)集成與測試階段

系統(tǒng)軟硬件分別調(diào)試完成后，可以將軟件脫離開發(fā)系統(tǒng)而直接在應(yīng)用系統(tǒng)上運行，評估是否完成設(shè)計目標(biāo)。將模擬算法移植到實時系統(tǒng)后，算法是否能夠?qū)崟r運行要進行測試，如果算法運算量太大而不能在硬件上實時運行，則必須重新修改或簡化算法。

第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要2.DSP芯片的選擇（考慮因素）（1）DSP芯片的運算速度

首先由輸入信號的頻率范圍確定系統(tǒng)的最高采樣頻率，再根據(jù)算法的運算量和實時處理限定的完成時間確定DSP運算速度的下限。DSP芯片運算速度主要衡量指標(biāo)：①指令周期②

MAC時間③

FFT執(zhí)行時間④

MIPS：即每秒執(zhí)行百萬條指令第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要（2）DSP芯片的運算精度

?由系統(tǒng)所需要的精度確定是采用定點還是浮點運算。

?大多數(shù)定點DSP都采用16位數(shù)據(jù)格式(除少數(shù)DSP處理器采用20位、24位或32位的格式外

),實際應(yīng)用的DSP處理器絕大多數(shù)是定點處理器。

?浮點DSP的數(shù)據(jù)格式多數(shù)為32位(數(shù)據(jù)總線、寄存器、存儲器等的寬度也相應(yīng)是32位)。在實時性要求很高的場合，往往考慮使用浮點DSP處理器。第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要（3）片內(nèi)硬件資源

?由系統(tǒng)數(shù)據(jù)量的大小確定所使用的片內(nèi)RAM及需要擴展的RAM；根據(jù)系統(tǒng)用途（計算&控制）確定I/O接口的多少。

?不同DSP芯片提供的硬件資源不同，如片內(nèi)RAM、ROM的數(shù)量，外部可擴展的程序和數(shù)據(jù)空間，總線接口、I/O接口等。

?同一系列的(如TI的C54x系列)不同型號DSP芯片具有不同的內(nèi)部硬件資源，以適應(yīng)不同的需要。

?在一些特殊的控制場合有一些專門的芯片可供選用，如TMS320C2xx系列自身帶有2路A/D輸入和6路PWM輸出及強大的人機接口，特別適合于電動機控制場合。

第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要（4）DSP芯片的功耗及價格

?某些DSP應(yīng)用場合，功耗是一個很重要的問題。如便攜式的DSP設(shè)備、手持設(shè)備(手機)和野外應(yīng)用的DSP設(shè)備，對功耗都有特殊的要求。

?在選擇DSP芯片時一定要考慮其性能價格比。如應(yīng)用于民用品或批量生產(chǎn)的產(chǎn)品中就需要較低廉的價格。注：在開發(fā)階段可選擇性能高、價格稍貴的DSP芯片，等開發(fā)完成后，會具有較高的性價比（DSP芯片發(fā)展迅速，價格不斷下降）。

第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要（5）DSP芯片的開發(fā)工具快捷、方便的開發(fā)工具和完善的軟件支持是開發(fā)大型復(fù)雜DSP系統(tǒng)必備的條件。常用的軟硬件開發(fā)工具：Simulator軟件仿真器、Emulator在線仿真器和C編譯器等。如TI公司的CCS集成開發(fā)環(huán)境、XDSP實時軟件技術(shù)等，為用戶快速開發(fā)實時高效的應(yīng)用系統(tǒng)可提供巨大幫助。

第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要（6）其他因素除了上述因素外，選擇DSP芯片還應(yīng)考慮到以下因素：

?封裝的形式（DIP、PGA、PLCC、PQFP等）

?質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（工業(yè)級或軍用級標(biāo)準(zhǔn)）

?供貨情況（如果所設(shè)計的DSP系統(tǒng)不僅僅是一個實驗系統(tǒng)，而是需要批量生產(chǎn)并可能有幾年甚至十幾年的生命周期，那么需要考慮所選的DSP芯片供貨情況如何）

?生命周期第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要確定DSP的運算量是非常重要的，考慮兩種情況。1)按樣點處理所謂按樣點處理，就是DSP算法對每一個輸入樣點循環(huán)一次。數(shù)字濾波就是這種情況，在數(shù)字濾波器中，通常需要對每一個輸入樣點計算一次。例如，一個采用LMS算法的256抽頭的自適應(yīng)FIR濾波器，假定每個抽頭的計算需要3個MAC周期。第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要

256抽頭計算需要256×3=768個MAC周期如果采樣頻率為8kHz，即樣點之間的間隔為125s，DSP芯片的MAC周期為200ns，則768個MAC周期需要

768×200ns=153.6s由于計算1個樣點所需的時間153.6s大于樣點之間的間隔125s，顯然無法實時處理，需要選用速度更高的DSP芯片。第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要2)按幀處理有些數(shù)字信號處理算法不是每個輸入樣點循環(huán)一次，而是每隔一定的時間間隔(通常稱為幀)循環(huán)一次。中低速語音編碼算法通常以10ms或20ms為一幀，每隔10ms或20ms語音編碼算法循環(huán)一次。所以，選擇DSP芯片時應(yīng)該比較一幀內(nèi)DSP芯片的處理能力和DSP算法的運算量。第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要

DSP芯片在一幀內(nèi)所能提供的最大運算量為例如TMS320VC5402―100的指令周期為10ns，設(shè)幀長為20ms，則一幀內(nèi)TMS320VC5402―100所能提供的最大運算量為因此，只要語音編碼算法的運算量不超過200萬條指令(單周期指令)，就可以在TMS320VC5402―100上實時運行。第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要

3.DSP應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具

?設(shè)計人員在為實時系統(tǒng)選擇處理器時，都極為看重先進的、易于使用的開發(fā)環(huán)境與工具。

?DSP廠商及第三方公司為DSP系統(tǒng)集成和硬軟件的開發(fā)提供了大量有用的工具。

?用匯編語言或C語言編寫的源程序，通過編譯、連接工具產(chǎn)生DSP的執(zhí)行代碼。在調(diào)試階段，利用軟仿真(simulator)在計算機上仿真運行；或利用硬件調(diào)試工具(如XDS510)將代碼下載到DSP中，并通過計算機監(jiān)控、調(diào)試運行該程序。調(diào)試完成后，將該程序代碼固化到EPROM中，以便DSP目標(biāo)系統(tǒng)脫離計算機單獨運行。第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要幾種常用的開發(fā)工具。（1）代碼生成工具代碼生成工具包括編譯器、連接器、優(yōu)化C編譯器、轉(zhuǎn)換工具等。使用匯編語言或C語言(最新版的CCS中帶的代碼生成工具可以支持C++)編寫源程序代碼。使用代碼生成工具進行編譯、連接，最終形成機器代碼。

第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要（2）軟仿真器(simulator)

軟仿真器是一個使用主機的處理器和存儲器來仿真TMS320DSP的微處理器的軟件程序，用來進行軟件開發(fā)和非實時的程序驗證?？梢栽跊]有目標(biāo)硬件的情況下作DSP軟件的開發(fā)和調(diào)試。在PC上，典型的軟仿真速度是每秒幾百條指令。新型軟仿真器作為CCS的一個標(biāo)準(zhǔn)插件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于DSP的開發(fā)中。第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要（3）硬仿真器(emulator)?硬仿真器由插在PC內(nèi)PCI卡或接在USB口上的仿真器和目標(biāo)板組成。C54x硬件掃描仿真口通過仿真頭(JTAG)將PC中的用戶程序代碼下載到目標(biāo)板的存儲器中，并在目標(biāo)板內(nèi)實時運行。

?TMS320擴展開發(fā)系統(tǒng)XDS(eXtendedDevelopmentSystem)是功能強大的全速仿真器，用于系統(tǒng)級的集成與調(diào)試。掃描式仿真(Scan-BasedEmulator)是一種獨特的、非插入式的系統(tǒng)仿真與集成調(diào)試方法。程序可以從片外或片內(nèi)的目標(biāo)存儲器實時執(zhí)行，在任何時鐘速度下都不會引入額外的等待狀態(tài)。

?XDS510/XDS510WS仿真器是以PC或SUN工作站為基礎(chǔ)的開發(fā)系統(tǒng)，可對C2000、C5000、C6000等實施全速掃描式仿真。第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要（4）集成開發(fā)環(huán)境CCS(CodeComposerStudio)

CCS是一個完整的DSP集成開發(fā)環(huán)境，包括編輯、編譯、匯編、鏈接、軟件模擬、調(diào)試等軟件，是目前使用最為廣泛的DSP開發(fā)軟件之一。

兩種工作模式：

?軟件仿真器，即脫離DSP芯片，在PC上模擬DSP指令集與工作機制，主要用于前期算法和調(diào)試；

?硬件開發(fā)板相結(jié)合在線編程，即實時運行在DSP芯片上，可以在線編制和調(diào)試應(yīng)用程序（第5章）。

第一章：緒論__1.4DSP系統(tǒng)設(shè)計概要（5）DSK套件及EVM評估板

DSP入門套件DSK、評估板EVM是TI或第三方為TMS320DSP的使用者設(shè)計和生產(chǎn)的一種評估平臺。

DSK或EVM除了提供一個完整的DSP硬件系統(tǒng)外(A/D、D/A、外部程序/數(shù)據(jù)存儲器、外部接口等)，還提供有完整的代碼生成工具及調(diào)試工具。

DSK或EVM不僅可用作DSP實驗（如控制系統(tǒng)、語音處理等），而且可用來編寫和運行實時源代碼，并對其進行評估。

第二章：TMS320C54x的硬件結(jié)構(gòu)2.1TMS320C54x硬件結(jié)構(gòu)框圖2.2總線結(jié)構(gòu)2.3中央處理單元(CPU)2.4存儲器和I/O空間2.5中斷系統(tǒng)2.6片上外設(shè)2.1TMS320C54x硬件結(jié)構(gòu)框圖1.TMS320C54x內(nèi)部結(jié)構(gòu)（3大塊）

(1)CPU：包括算術(shù)邏輯運算單元(ALU)、乘法器、累加器、移位寄存器、各種專門用途的寄存器、地址生成器及內(nèi)部總線。

(2)存儲器系統(tǒng)：包括片內(nèi)程序ROM、片內(nèi)單訪問的數(shù)據(jù)RAM和雙訪問的數(shù)據(jù)RAM、外接存儲器接口。

(3)片內(nèi)外設(shè)與專用硬件電路：包括片內(nèi)定時器、各種類型的串口、主機接口、片內(nèi)鎖相環(huán)(PLL)、時鐘發(fā)生器及各種控制電路。

2.TMS320C54x主要特性

C54x是一款低功耗、高性能的定點DSP芯片

（1）CPU部分

?

先進的多總線結(jié)構(gòu)(1條程序總線、3條數(shù)據(jù)總線和4條地址總線)。

?

40位算術(shù)邏輯運算單元(ALU)，包括1個40位桶形移位寄存器和2個獨立的40位累加器。

?17位并行乘法器，與40位專用加法器相連，用于非流水線式單周期乘法/累加(MAC)運算。

（1）CPU部分（續(xù)）

?

比較、選擇、存儲單元(CSSU)：用于加法/比較選擇。

?指數(shù)編碼器：可以在單個周期內(nèi)計算40位累加器中數(shù)值的指數(shù)。

?雙地址生成器：包括8個輔助寄存器和2個輔助寄存器算術(shù)運算單元(ARAU)。

（2）存儲器系統(tǒng)

?192K字可尋址存儲空間：64K字程序存儲空間、64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲空間及64K字I/O空間，對于C548、C549、C5402、C5410和C5416等可將其程序空間擴展至8M。

?片內(nèi)雙尋址

RAM(DARAM)。C54x中的DARAM被分成若干塊。在每個機器周期內(nèi)，CPU可以對同一個DARAM塊尋址(訪問)2次，即CPU可以在一個機器周期內(nèi)對同一個DARAM塊讀出1次和寫入1次。DARAM可以映射到程序空間和數(shù)據(jù)空間。但一般情況下，DARAM總是映射到數(shù)據(jù)空間，用于存放數(shù)據(jù)。

?片內(nèi)單尋址RAM(SARAM)。如C548、C5402、C5416等。

（3）片內(nèi)外設(shè)

?軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器。

?可編程分區(qū)轉(zhuǎn)換邏輯電路。

?片內(nèi)鎖相環(huán)(PLL)和時鐘發(fā)生器。

?可編程串行接口（4種）

?可編程定時器16位（1~2個）

?8位或16位主機接口(HPI)。

?多種節(jié)電模式：軟件控制片外總線、CLKOUT、器件電壓等。（4）指令系統(tǒng)單指令重復(fù)和塊指令重復(fù)操作。用于程序和數(shù)據(jù)管理的塊存儲器傳送指令。32位長操作數(shù)指令。同時讀入2或3個操作數(shù)的指令。可以并行存儲和并行加載的算術(shù)指令。條件存儲指令。從中斷快速返回的指令。2.2總

線

結(jié)

構(gòu)

TMS320C54X總線結(jié)構(gòu)是圍繞8組16比特總線建立的。☉一組程序總線PB：傳送從程序存儲器來的指令代碼和立即數(shù)；☉三組數(shù)據(jù)總線（CB、DB）：傳送從數(shù)據(jù)存儲器讀出的操作數(shù)；

（EB）：傳送寫入到數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)；☉四組地址總線（PAB、CAB、DAB、EAB）：傳送執(zhí)行指令所需的地址；

2.3中央處理單元（CPU）

C54X的CPU由運算部件、控制部件和各種寄存器組成。1.CPU狀態(tài)和控制寄存器

C54xDSP有三個狀態(tài)和控制寄存器：

(1)狀態(tài)寄存器0(ST0)；

(2)狀態(tài)寄存器1(ST1)；

(3)處理器工作模式狀態(tài)寄存器(PMST)。

ST0和ST1中包含各種工作條件和工作方式的狀態(tài)，

PMST中包含存儲器的設(shè)置狀態(tài)及其他控制信息。（1）狀態(tài)寄存器（ST0）

功能：反映尋址要求和計算中的狀態(tài)；

ST0的結(jié)構(gòu)圖：含義：

ARP——輔助寄存器指針

TC——測試/控制標(biāo)志位

C——進位位。

OVA/OVB——累加器A/B的溢出標(biāo)志位

DP——數(shù)據(jù)存儲器頁指針（2）狀態(tài)寄存器（ST1）功能：反映尋址要求、計算初始狀態(tài)、I/O終端控制

含義：

BRAF——塊重復(fù)操作標(biāo)志位。CPL——直接尋址編輯方式位

XF——XF引腳狀態(tài)位。HM——保持方式位

INTM——中斷方式位。OVM——溢出方式位

SXM——符號位擴展方式位。C16——雙16位/雙精度算術(shù)運算方式位

FRCT——小數(shù)方式位。

CMPT——修正方式位

ASM——累加器移位方式位

（3）工作方式寄存器（PMST—ProcessorModeStatus）

功能：設(shè)定并控制處理器的工作方式，反映處理器工作狀態(tài)；含義：IPTR——中斷向量指針。

——微處理器/微型計算機工作方式位OVLY——RAM重復(fù)占位位。

AVIS——地址可見位2.運算部件(6個)（1）算術(shù)邏輯單元（ALU）功能：①C54X使用40bit的ALU和2個40bit累加器（A、B）完成二進制補碼的算術(shù)運算：②ALU可完成布爾運算；③同時完成兩個16bit運算（具有兩個16位的ALU）

組成：ALU組成框圖見下圖ALU組成框圖（2）累加器

功能：存放參加運算的數(shù)據(jù)或存放運算的結(jié)果（ALU或MAC）

組成：三個部分（保護位作用：數(shù)據(jù)位余量，防止溢出，迭代運算）累加器A和B的差別僅在于累加器A的31～16位可以作為乘法器的一個輸入。

（3）桶形移位器

功能：能把輸入的數(shù)據(jù)進行0～31bit左移和0～16bit右移移位數(shù)可以用以下方式定義：用一個立即數(shù)(-16～15)表示。用狀態(tài)寄存器ST1的累加器移位方式(ASM)位表示，共5位，移位數(shù)為-16～15。用T寄存器中最低6位的數(shù)值(移位數(shù)為-16～31)表示。

用途：位提取、數(shù)字定標(biāo)、擴展算術(shù)和溢出保護等，如：桶形移位器和指數(shù)譯碼器，可把A/B中的值在一個周期內(nèi)進行歸一化。

（4）乘/加單元

組成：17×17bit乘法器、40bit加法器、符號控制、小數(shù)控制、零檢測器、舍入器、溢出/飽和邏輯、暫存器；

功能：一個單指令周期內(nèi)完成17×17bit的二進制補碼運算；

用途：卷積、相關(guān)、濾波（LMS）、歐氏距離等運算；

（5）比較、選擇和存儲單元

功能：從累加器（32bit）選擇出較大的字（16bit）并存儲在數(shù)據(jù)M；

用途：在數(shù)據(jù)通信、模式識別等領(lǐng)域，經(jīng)常要用到Viterbi(維特比)算法。C54xDSP的CPU的比較、選擇和存儲單元(CSSU)就是專門為Viterbi算法設(shè)計的進行加法/比較/選擇(ACS)運算的硬件單元。

（6）指數(shù)編碼器

組成：完成EXP單周期指令的專用硬件；

功能：將累加器中的指數(shù)值能以二進制補碼的形式存儲在T中；

指數(shù)值含義：累加器中為消除非有效符號位所需移動的位數(shù)；

計算：累加器的冗余位數(shù)-8；

范圍：8～13，超過32位，該操作產(chǎn)生負(fù)值；

用途：累加器內(nèi)容歸一化；

3.特殊功能寄存器（P41）（1）第一類(26個)

功能：主要用于程序的運算處理和尋址方式的選擇及設(shè)定

含義：☉輔助寄存器AR0-AR7：產(chǎn)生16bit數(shù)據(jù)空間，通用R；☉暫存器TREG：乘（加）法指令存放一乘數(shù)、EXP指令結(jié)果；☉過渡寄存器TRN（狀態(tài)轉(zhuǎn)移寄存器）：用來得到新的度量值存放中間結(jié)果→Viterbi（用于在Viterbi算法中記錄轉(zhuǎn)移路徑）；☉堆棧指針寄存器SP：指示棧頂在數(shù)據(jù)M位置，向下生長；

☉緩沖區(qū)大小寄存器BK：在循環(huán)尋址中確定緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的大??；☉塊循環(huán)寄存器BRC：確定一代碼循環(huán)的次數(shù)；塊循環(huán)起始地址RSA：循環(huán)的開始地址；塊循環(huán)結(jié)束地址REA：循環(huán)的結(jié)束地址；☉中斷標(biāo)志寄存器IFR：指明各中斷源的狀態(tài)；中斷屏蔽寄存器IMR：獨立的屏蔽特定的中斷；☉其它：累加器A、B，方式控制R：PMST，狀態(tài)R：ST0/ST1等。（2）第二類（17個）功能：用于控制片內(nèi)外設(shè)（串口、定時器、機器周期設(shè)定等）串口控制：

緩沖串口ABU收發(fā)地址：定時器：

其它：

小結(jié)（CPU）：①DSP的內(nèi)部控制邏輯完成各種具體流水線指令操作，它對于使用者是保密的。②使用DSP實質(zhì)上就是掌握上述特殊功能寄存器的功能及用法。③對SFR功能的了解程度，直接關(guān)系到所設(shè)計程序的質(zhì)量（運行速度、運算精度、代碼效率、可靠性等）④學(xué)習(xí)DSP硬件結(jié)構(gòu)，很大程度上是掌握SFR的正確使用。本章首先掌握ST0；ST1；PMST2.4存儲器和I/O空間

?C54x的總存儲空間為192K字

存儲器的組成（分為3個可選擇的存儲空間）：

?C54x片內(nèi)有隨機存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM)。RAM有兩種類型：單尋址RAM(SARAM)和雙尋址RAM(DARAM)。

?C54x片內(nèi)有26個映像到數(shù)據(jù)存儲空間的CPU寄存器和外圍電路寄存器。

?

C54結(jié)構(gòu)上的并行性及在片RAM的雙尋址能力，使它能夠在任何一個給定的機器周期內(nèi)同時執(zhí)行4次存儲器操作，即1次取指、讀2個操作數(shù)和寫1個操作數(shù)。

1.存儲空間的分配

在C54x中，片內(nèi)存儲器的形式有DARAM、SARAM和ROM3種，取決于芯片的型號。RAM總是安排到數(shù)據(jù)存儲空間，但也可以構(gòu)成程序存儲空間，ROM一般構(gòu)成程序存儲空間，也可以部分地安排到數(shù)據(jù)存儲空間。

C54x通過PMST的3個狀態(tài)位(MP/MC、OVLY、DROM)，可以很方便地“使能”和“禁止”程序和數(shù)據(jù)空間中的片內(nèi)存儲器。以C5402為例給出了數(shù)據(jù)和程序存儲區(qū)圖，并說明了與MP/、OVLY及DROM3個狀態(tài)位的關(guān)系。

說明：（1）DSP的工作方式控制寄存器中的OVLY（D5）位控制0000～3FFFH存儲空間的片內(nèi)/片外分配；（2）DSP的工作方式控制寄存器中的MP/MC（D6）位控制4000～FFFFH存儲空間的片內(nèi)/片外分配；（3）TMS320C5402的23條程序地址線可擴展外部程序儲存器到1M字。共16頁，每頁64k字。

2.程序存儲器多數(shù)C54xDSP的外部程序存儲器可尋址64K字的存儲空間。它們的片內(nèi)ROM、雙尋址DARAM以及單尋址SARAM，都可以通過軟件映像到程序空間。當(dāng)存儲單元映像到程序空間時，處理器就能自動地對它們所處的地址范圍尋址。如果程序地址生成器(PAGEN)發(fā)出的地址處在片內(nèi)存儲器地址范圍以外，處理器就能自動地對外部尋址。

(1)程序存儲器片內(nèi)程序存儲器

☉片內(nèi)存儲器是否作為程序存儲器，取決于軟件對PMST的狀態(tài)位MP/MC和OVLY的編程。表2－7。

☉TMS320C54X片內(nèi)ROM容量范圍2K～48K字；

☉為了增強處理器的性能，對片內(nèi)ROM再細(xì)分為若干塊，這樣就可以在片內(nèi)ROM的一個塊內(nèi)取指的同時，又在別的塊中讀取數(shù)據(jù)。圖2.14。

☉片內(nèi)高2K字ROM中的內(nèi)容是由TI公司定義的，這2K字程序空間(F800h～FFFFh)中包含的內(nèi)容。如圖2.15。

自舉加載程序。（bootloader從串行口、外部存儲器、I/Ｏ接口自舉加載\HPI。)

256字A律壓擴表。

256字μ律壓擴表。

256字正弦函數(shù)值查找表。中斷向量表。

自舉加載程序，可以將用戶代碼調(diào)入到程序存儲器的任何一個位置。☉MP/MC硬件復(fù)位時=0，CPU從FF80H單元（通常存放轉(zhuǎn)移指令→自舉加載程序）開始執(zhí)行。BOOTLOADER介紹在進行硬件產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計時，用戶程序通常保存在非遺失的存儲器中。這些非遺失存儲器的訪問速度較慢，一般不能直接作為程序存儲器來使用，需要在上電時引導(dǎo)到CPU的高速存儲器中，這個過程稱為Bootloader。

VC54xx系列DSP的片上ROM存放有引導(dǎo)程序，可以很方便地在DSP上電復(fù)位時，將用戶的應(yīng)用程序從外部存儲設(shè)備，裝入到DSP片內(nèi)存儲器和高速片外程序存儲器中。(2)程序存儲器片外程序存儲器

最多可擴展到1M,分為0～15頁（16*64K)

20位地址線代替16位的地址線(C5402為20位的地址總線，C5420為18位)，擴展程序存儲器的頁號由XPC寄存器設(shè)定。為了通過軟件切換程序存儲器的頁面，有6條專用的影響XPC值的指令。

3.

數(shù)據(jù)存儲器

(1)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器

☉C54X片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器容量范圍10K～200K字節(jié)☉組成：片上ROM、DARAM、SARAM（表2－8）☉空間分配：

☉為了提高處理器的性能，片內(nèi)RAM也細(xì)分為若干塊。分塊以后，用戶可以在同一周期內(nèi)從同一DARAM中取出兩個操作數(shù)，將數(shù)據(jù)寫入另一塊DARAM中。圖2.18(2)片外數(shù)據(jù)存儲器☉TMS320C54X片外數(shù)據(jù)存儲器容量范圍最大為48K☉根據(jù)CPU產(chǎn)生的地址自動尋址

4．I/O空間

C54X器件除了程序和數(shù)據(jù)存儲空間外，還提供了64K字的I/O空間，位于器件外部：☉有兩條指令用來訪問此空間(輸入指令PORTR和輸出指令PORTW)對I/O空間尋址；☉訪問I/O空間是對I/O映射的外部器件進行訪問，而不是訪問存儲器；☉所有C54xDSP只有兩個通用I/O，即和XF。為了訪問更多的通用I/O，可以對主機通信并行接口和同步串行接口進行配置，以用作通用I/O。

2.5

中

斷

系

統(tǒng)

2.5.1中斷系統(tǒng)概述中斷：CPU終止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一個請求中斷的內(nèi)部或外部的中斷服務(wù)程序，待處理完畢后，又返回到被終止的源程序處繼續(xù)執(zhí)行。這一過程稱為中斷；

中斷系統(tǒng)：為實現(xiàn)中斷功能而設(shè)置的各種硬件和軟件。

C54xDSP既支持軟件中斷，也支持硬件中斷。當(dāng)同時有多個硬件中斷出現(xiàn)時，C54xDSP按照中斷優(yōu)先級別的高低對它們進行服務(wù)。

1.中斷分類C54xDSP的中斷可以分成兩大類：第一類是可屏蔽中斷。這些都是可以用軟件來屏蔽或開放的硬件和軟件中斷。C5402只使用14個可屏蔽中斷。①～；②RINT0、XINT0、RINT1和XINT2(串行口中斷)。③TINT0、TINT1(定時器中斷)。④HPINT(主機接口)DMAC0～DMAC5。(2)第二類是非屏蔽中斷。這些中斷是不能夠屏蔽的，C54x對這一類中斷總是響應(yīng)，并從主程序轉(zhuǎn)移到中斷服務(wù)程序。C54xDSP的非屏蔽中斷包括所有的軟件中斷，以及兩個外部硬件中斷：(復(fù)位)和。

?非屏蔽中斷：不能由用戶用軟件來屏蔽的中斷。

特點：一旦有非屏蔽中斷請求，CPU必須予以響應(yīng)。

用途：用于某些十分重要的事件發(fā)生，如：掉電；

?可屏蔽中斷：用戶根據(jù)需要可用軟件開放或禁止CPU響應(yīng)中斷。

特點：軟件指令控制，靈活方便。

用途：一般事件處理。

2.中斷處理一般過程：

?中斷源請求中斷；中斷標(biāo)志寄存器(IFR)

?CPU響應(yīng)中斷；預(yù)定義條件的滿足

?保護現(xiàn)場；

?轉(zhuǎn)中斷服務(wù)；

?恢復(fù)現(xiàn)場；

?中斷返回；

2.5.2中斷標(biāo)志寄存器(IFR)和中斷屏蔽寄存器(IMR)

1.中斷標(biāo)志寄存器（IFR）當(dāng)一個中斷出現(xiàn)的時候，IFR中相應(yīng)的中斷標(biāo)志位置1，直到中斷得到處理為止。（1）

共14個有效標(biāo)志位（可屏蔽中斷）：外部中斷4個（INT0--INT3）

定時器中斷2個（TINT0--TINT1）

串口定時器4個（兩發(fā)/兩收）

DMA中斷3個（DMAC0.4.5）

HPI中斷1個

；（2）

IFR的操作

?置位：當(dāng)硬件或軟件中斷發(fā)生時，相應(yīng)位置“1”（掛起）。

?識別：CPU通過讀IFR來識別掛起的中斷。

?清除：四種方法：（3）串口中斷：應(yīng)在中服程序中清除IFR相應(yīng)位，以免串口的重復(fù)中斷（每接收/發(fā)送一個字符，產(chǎn)生一次）

2.中斷屏蔽寄存器（IMR）

是一個存儲器映像的CPU寄存器，主要用來屏蔽外部和內(nèi)部中斷說明（1）

共14個有效位（與IFR對應(yīng)）

（2）當(dāng)IMRi=0屏蔽該中斷；

IMRi=1不屏蔽該中斷

（3）

IMR的操作

3.中斷方式控制位（INTM）說明：a)INTM是CPU狀態(tài)寄存器ST1中的1位（第11位）

b)功能：

c)操作：

d)該控制位不影響不可屏蔽中斷RS，NMI。

e)該控制位不能用存儲操作命令設(shè)置。

2.5.3接收、應(yīng)答及處理中斷1.接收中斷請求產(chǎn)生一個中斷請求時，IFR中相應(yīng)的中斷標(biāo)志位被置位。不管中斷是否被處理器應(yīng)答，該標(biāo)志位都會被置位。當(dāng)相應(yīng)的中斷響應(yīng)后，該標(biāo)志位自動被清除。一個中斷由硬件器件或軟件指令請求。(中斷源說明如表2-10所示。)(1)硬件中斷請求硬件中斷有外部和內(nèi)部兩種。

(2)軟件中斷請求軟件中斷都是由程序中的指令I(lǐng)NTR、TRAP和RESET產(chǎn)生的。注：?PC=中斷向量地址指針+中斷向量號

?該指令允許執(zhí)行任何可屏蔽中斷

?該指令不影響IFR標(biāo)志位

?不允許中斷嵌套a)INTRK；

b)TRAPK；除INTM不變外，其它同上。注：?可實現(xiàn)中斷嵌套

?可用軟件指令在TRAP中服中置位INTM

c)

RESET

注：?功能：使處理器返回一個預(yù)定狀態(tài)；

?復(fù)位指令：可在程序的任何時候產(chǎn)生；

?該指令影響ST0,ST1，不影響PMST<CPU方式控制R>

2.應(yīng)答中斷硬件或軟件中斷發(fā)送了一個中斷請求后，CPU必須決定是否應(yīng)答中斷請求。軟件中斷和非屏蔽硬件中斷會立刻被應(yīng)答;

屏蔽中斷僅僅在如下條件被滿足后才被應(yīng)答。

(1)優(yōu)先級別最高(當(dāng)同時出現(xiàn)一個以上中斷時)。

(2)狀態(tài)寄存器ST1中的INTM位為0。

(3)中斷屏蔽寄存器IMR中的相應(yīng)位為1。CPU響應(yīng)中斷時，讓PC轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)牡刂啡〕鲋袛嘞蛄?，并發(fā)出中斷響應(yīng)信號，清除相應(yīng)的中斷標(biāo)志位。3.執(zhí)行中斷服務(wù)程序(ISR)(1)將PC值(返回地址)存到數(shù)據(jù)存儲器堆棧的棧頂；

(2)將中斷向量的地址加載到PC；

(3)在中斷向量地址上取指；

(4)執(zhí)行分支轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序(如果延遲分支轉(zhuǎn)移，則在轉(zhuǎn)移前先執(zhí)行附加的指令)；

(5)執(zhí)行中斷服務(wù)程序；

(6)中斷返回，從堆棧彈出返回地址加到PC中；

(7)繼續(xù)執(zhí)行被中斷了的程序。中斷操作流程（2.5.4）

2.5.5中斷向量（地址）①組成：IPTR+中斷向量序號<<2

（9位）（5位）→（7位）注：?中斷向量地址指針I(yè)PTR位于PMST(CPU方式控制R)

的高9位(D15~D7)，可用程序設(shè)置；

?

中斷向量序號由相應(yīng)的中斷源（硬件或軟件）提供②向量中斷實現(xiàn)過程舉例：

[例1]：軟硬件復(fù)位分析：①復(fù)位時：IPTR全為“1”，指向程序存儲器最后一頁（第511頁）②軟硬件復(fù)位中斷向量序號為00000B解：中斷向量=1111，1111，1000，0000B=FF80H

中斷服務(wù)程序：從FF80H單元開始存放（通常放一條轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到應(yīng)用程序的入口處）

[例2]：已知外部中斷1的中斷服務(wù)入口地址為2500H，中斷向量地址指針為1F0H,試述向量中斷實現(xiàn)過程。

分析：INTI中斷向量序號為17（11H）

TMS320C54X的中斷系統(tǒng)（小結(jié)）

?中斷源：最多32個（4個保留）其中:硬件14個/軟件16

?非屏蔽（不可）中斷16個/可屏蔽中斷16個

?優(yōu)先級：最多14級//復(fù)位中斷：1級（最高），NMI：2級…

?可實現(xiàn)多級嵌套

?軟件和非屏蔽中斷：

CPU立即響應(yīng)，并進入中斷服務(wù)程序。

?

硬件可屏蔽中斷：滿足以下三個條件后，在3--8機器周期之間響應(yīng)。

①當(dāng)前的中斷源相應(yīng)IFR標(biāo)志為=1，且優(yōu)先級為最高；

②IMR=1（不屏蔽）；

③

INTM=0(中斷允許)；

?

中斷向量（地址）：IPTR+中斷向量序號<<2第三章：TMS320C54x指令系統(tǒng)

教學(xué)要求：

C54xDSP的指令系統(tǒng)包括匯編語言指令、匯編偽指令、宏指令，本章主要介紹C54x的7種尋址方式和匯編語言指令，其他指令將在第4章介紹。了解匯編源程序的書寫格式，掌握常見的7種尋址方式，尤其是間接尋址方式。掌握算術(shù)運算、邏輯運算、程序控制、存儲和裝入4種基本類型的匯編語言指令。第三章：C54x指令系統(tǒng)__3.1匯編源程序格式

C54x匯編語言語句格式如下（4個部分）：

[標(biāo)號][:]指令

[操作數(shù)列表][；注釋]

begin：LD#40，AR1；將立即數(shù)40傳送給ARl

其中：(1)標(biāo)號供本程序的其他部分或其他程序調(diào)用。

(2)指令域包括以下指令碼之一：

?助記符指令

(如STM，MAC，MPVD，STL)；

?匯編偽指令(如.data，.list，.set)；

?宏指令(如.macro，.var，.mexit)；

?宏調(diào)用。注：作為助記符指令，一般用大寫；匯編偽指令和宏指令，以句點“.”開始，且為小寫。

第三章：C54x指令系統(tǒng)__3.1匯編源程序格式

(3)操作數(shù)可以是常量、符號，或是常量和符號的混合表達式，操作數(shù)之間用逗號分開。匯編器允許在操作數(shù)前使用前綴來指定操作數(shù)(常數(shù)、符號或表達式)是地址還是立即數(shù)或間接地址。前綴的使用規(guī)則如下：

前綴#表示其后的操作數(shù)為立即數(shù)。例如：Label：ADD#123，A；第三章：C54x指令系統(tǒng)__3.1匯編源程序格式

前綴*表示其后的操作數(shù)為間接地址。例如：Label：LD*AR4，A；以AR4的內(nèi)容為地址，將該地址的內(nèi)容裝入累加器A

前綴@表示其后的操作數(shù)是采用直接尋址或絕對尋址的地址。例如：

ADD#10,@XYZ(4)注釋可以從一行的任一列開始直到行尾。任一ASCII碼(包括空格)都可以組成注釋。如果注釋從第一列開始，用“；”號或“*”號開頭。第三章：C54x指令系統(tǒng)__3.