DSP技術(shù)第1章：緒論

1DSP技術(shù)2DSP技術(shù)概述DSP技術(shù)的用途3種主流技術(shù)之一，應(yīng)用廣泛，用于復(fù)雜算法實(shí)現(xiàn)。特點(diǎn)實(shí)時(shí)處理（是一種微處理器，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)功能，計(jì)算速度很快）學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容：內(nèi)部結(jié)構(gòu)；指令硬件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)工具：CCS設(shè)計(jì)軟件學(xué)習(xí)方法純軟件仿真開發(fā)板3引言在數(shù)字電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，單片機(jī)(51,ARM等通用微處理器）、DSP（數(shù)字信號(hào)處理，專用微處理器）技術(shù)、CPLD/FPGA（可編程邏輯器件，簡(jiǎn)稱PLD）設(shè)計(jì)技術(shù)是三大主流技術(shù)，熟悉其中的任何一種都易于就業(yè)并在IT行業(yè)立足。4《DSP技術(shù)》這門課程的特點(diǎn)主要以硬件形式（含DSP芯片的電路）實(shí)現(xiàn)DSP算法；能實(shí)時(shí)處理（輸入不斷變化，輸出結(jié)果能及時(shí)更新）如圖象處理，語(yǔ)音處理，編碼解碼、加密解密等與其他相關(guān)課程的區(qū)別數(shù)字信號(hào)處理：研究理論和算法；在計(jì)算機(jī)上仿真算法（使用matlab軟件），不能實(shí)時(shí)處理，不能在產(chǎn)品中使用；5DSP課程要掌握的知識(shí)點(diǎn)掌握DSP芯片的硬件結(jié)構(gòu)掌握DSP芯片的指令系統(tǒng)（TMS320C54X）掌握DSP的硬件設(shè)計(jì)掌握DSP的開發(fā)工具CCS掌握DSP匯編語(yǔ)言的基礎(chǔ)并了解C語(yǔ)言編程6教學(xué)安排教學(xué)安排36個(gè)講授課時(shí)，5個(gè)實(shí)驗(yàn)。成績(jī)?cè)u(píng)估方法平時(shí)成績(jī)：10％～20%實(shí)驗(yàn)成績(jī)：20％～30%考試成績(jī)：60％7DSP技術(shù)DSP技術(shù)教學(xué)大綱DSP處理器的發(fā)展概述（2Period）TMS320C54x系列DSP處理器硬件結(jié)構(gòu)（4Period）指令系統(tǒng)（6Period）DSP開發(fā)環(huán)境與工具（4Period）DSP軟件設(shè)計(jì)（5Period）DSP系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)（5Period）通用數(shù)字信號(hào)處理算法的DSP實(shí)現(xiàn)（6Period）DSP技術(shù)實(shí)驗(yàn)（3*3hours）8參考文獻(xiàn)：

●選一本好教材非常重要

推薦：看TI公司的數(shù)據(jù)手冊(cè)（原版）

DSP芯片TMS320UC5402數(shù)據(jù)手冊(cè)。

●使用CCS軟件的幫助功能9第1章DSP緒論知識(shí)要點(diǎn)●

DSP概述●

DSP芯片●

TI公司DSP芯片概述●

DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程每課一題DSP芯片速度快的原因是什么？1011每課一題1)DigitalSignal

Processing理論和方法，算法研究2)DigitalSignal

Procesor實(shí)現(xiàn)DSP算法的可編程微處理器芯片。

12第1章DSP緒論1.1概述

DSP系統(tǒng)的構(gòu)成

一個(gè)典型的DSP系統(tǒng)應(yīng)包括抗混疊濾波器、數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號(hào)處理器DSP、D/A轉(zhuǎn)換器和平滑濾波器等組成。

x(t)抗混疊濾波器A/D轉(zhuǎn)換器x(n)y(n)y(t)數(shù)字信號(hào)處理器D/A轉(zhuǎn)換器平滑濾波器131.1.1DSP與DSP技術(shù)DSP含義1)DigitalSignal

Processing理論和方法，算法研究2)DigitalSignal

Procesor實(shí)現(xiàn)DSP算法的可編程微處理器芯片。

143種微處理器通用CPU：如奔騰芯片微控制器（MCU):如51單片機(jī)，ARM等DSP：用于實(shí)時(shí)處理。151.1.2DSP技術(shù)發(fā)展的兩個(gè)領(lǐng)域DSP的理論和方法主要研究各種DSP算法及其優(yōu)化DSP芯片主要研究DSP芯片的性能的提高，開發(fā)工具和算法實(shí)現(xiàn)161.1.3數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法通用計(jì)算機(jī)上用軟件實(shí)現(xiàn)仿真算法，如MATLAB通用計(jì)算機(jī)＋專用處理器使用較少通用單片機(jī)，如MCS-51，ARM速度慢，用于簡(jiǎn)單的算法通用DSP芯片專用DSP芯片171.1.4DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)速度快，能實(shí)時(shí)處理精度高，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好編程方便可程控接口簡(jiǎn)單集成方便181.2可編程DSP芯片

1.2.1DSP芯片的結(jié)構(gòu)DSP速度快的原因：多總線、多處理模塊、流水線、專用DSP指令、高時(shí)鐘等結(jié)構(gòu)1、改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)1）馮·諾伊曼（VonNeuman）結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和程序共用相同的總線192）哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和程序分別使用不同的總線，所以程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以同時(shí)訪問(wèn)3）改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)雙存儲(chǔ)空間和多條總線結(jié)構(gòu)，即一條程序總線和多條數(shù)據(jù)總線，允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互傳送數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可以存放程序，程序存儲(chǔ)器可以存放數(shù)據(jù)。2021第1章DSP緒論

(1)馮·諾伊曼（VonNeuman）結(jié)構(gòu)

圖1.2.1馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)CPUI/O口ROM串行接口RAM并行接口外部存儲(chǔ)器接口地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB22第1章DSP緒論

（2）哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)外部管理數(shù)據(jù)總線外部管理地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)地址總線程序數(shù)據(jù)總線程序地址總線CPUI/O口ROM串行接口RAM并行接口外部存儲(chǔ)器接口圖1.2.2哈佛結(jié)構(gòu)外部管理數(shù)據(jù)總線外部管理地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)地址總線程序數(shù)據(jù)總線程序地址總線232、采用多總線結(jié)構(gòu)C54X系列有P、C、D、E4組總線，每組總線又分?jǐn)?shù)據(jù)和地址總線，共8條總線。作用：可以同時(shí)訪問(wèn)多個(gè)存儲(chǔ)器單元。3、流水線技術(shù)（pipline)多條指令被同時(shí)取指和執(zhí)行，但依次落后一個(gè)周期，不是一條指令執(zhí)行完才取下一條指令可以實(shí)現(xiàn)平均每個(gè)周期都有一條指令被執(zhí)行。24254、多處理單元多個(gè)單元并行處理，可以大大提高運(yùn)算速度。如ALU,ARAU(輔助寄存器運(yùn)算單元）,ACC(累加器），MUL(乘法器）等5、專用的DSP指令－如MAC指令，F(xiàn)IRS指令等。6、指令周期短－使用高速時(shí)鐘7、運(yùn)算精度高字長(zhǎng)有16、24、32位。268、豐富的外設(shè)提供多種接口主機(jī)接口HPIDMA接口外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展接口串口仿真接口定時(shí)器、鎖相環(huán)、中斷等9、功耗低271.2.2DSP芯片的分類1、按數(shù)據(jù)格式分定點(diǎn)浮點(diǎn)按用途分通用型專用型281.2.3DSP芯片的發(fā)展趨勢(shì)1、DSP芯片的發(fā)展歷程1982年TI公司推出第一代DSP芯片TMS32010第二代到第六代產(chǎn)品2930第1章DSP緒論DSP產(chǎn)品簡(jiǎn)介

目前，在生產(chǎn)通用DSP的廠家中，最有影響的公司有：

AD公司AT&T公司（現(xiàn)在的Lucent公司）Motorola公司

TI公司（美國(guó)德州儀器公司）NEC公司。31第1章DSP緒論1．AD公司

定點(diǎn)DSP：ADSP21xx系列16bit40MIPS；浮點(diǎn)DSP：ADSP21020系列32bit25MIPS；并行浮點(diǎn)DSP：ADSP2106x系列32bit40MIPS；超高性能DSP：ADSP21160系列32bit100MIPS。2．AT&T公司

定點(diǎn)DSP：DSP16系列16bit40MIPS；浮點(diǎn)DSP：DSP32系列32bit12.5MIPS。

32第1章DSP緒論3．Motorola公司

定點(diǎn)DSP：DSP56000系列24bit16MIPS；浮點(diǎn)DSP：DSP96000系列32bit27MIPS。

4．NEC公司

定點(diǎn)DSP：

PD77Cxx系列16bit；

PD770xx系列16bit；

PD772xx系列24bit或32bit。

33第1章DSP緒論5．TI公司定點(diǎn)DSP：①TMS320C1x系列16bit第一代1982年前后；②TMS320C2x系列16bit第二代1987年前后；③TMS320C5x系列16bit第五代1993年；④TMS320C54x系列16bit第七代1996年；⑤TMS320C24x系列16bit第七代1996年；⑥TMS320C6x系列32bit第七代1997年；⑦TMS320C55x系列16bit第七代2000年。浮點(diǎn)DSP：①TMS320C3x系列32bit第三代1990年；②

TMS320C4x系列32bit第四代1990年；③TMS320C67x系列64bit第七代1998年。

多處理器DSP：①TMS320C8x系列32bit第六代1994年。

C2x、C24x稱為C2000系列，主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)；

C54x、C55x稱為C5000系列，主要用于功耗低、便于攜帶的通信終端；

C62x、C64x和C67x稱為C6000系列，主要用于高性能復(fù)雜的通信系統(tǒng)，如移動(dòng)通信基站。342、國(guó)內(nèi)DSP的發(fā)展應(yīng)用最廣的是TI公司的DSP24x，28x,系列54x，55x系列62x,67x，64x系列其他公司的DSP芯片第三方公司為DSP應(yīng)用服務(wù)的公司，如DSP開發(fā)板、仿真器，開發(fā)軟件等產(chǎn)品351.2.4DSP芯片的應(yīng)用1）通用數(shù)字信號(hào)處理2）語(yǔ)音處理3）圖像處理4）通信如手機(jī)儀表控制軍事其他361.3TMS320系列DSP概述3個(gè)系列C2000C5000C6000371.3.1TMS320C2000系列主要用于數(shù)字化控制集成了FLASH存儲(chǔ)器，高速A/D，以及CAN模塊，PWM等控制器應(yīng)用類型C24X ，16位C28X，32位。（教材P9表所示）。381.3.2TMS320C5000系列主要用于通信領(lǐng)域種類C54X，2G手機(jī)中使用C55X，2.5G手機(jī)中使用應(yīng)用3G手機(jī)組成DSP+MCUDSP：算法和協(xié)議處理MCU：用戶界面控制，統(tǒng)一管理391.3.3TMS320C6000系列高性能系統(tǒng)中使用數(shù)字通信圖像處理種類C62XC67XC64X401.4DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.4.1DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程

DSP應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程如圖所示。

根據(jù)需求寫出任務(wù)書確定設(shè)計(jì)目標(biāo)算法研究和系統(tǒng)模擬實(shí)現(xiàn)定義系統(tǒng)性能指標(biāo)選擇DSP芯片和外圍芯片硬件設(shè)計(jì)硬件調(diào)試軟件設(shè)計(jì)軟件調(diào)試系統(tǒng)集成和測(cè)試設(shè)計(jì)步驟分幾個(gè)階段：

（1）明確設(shè)計(jì)任務(wù)，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)（2）算法模擬，確定性能指標(biāo)（3）選擇DSP芯片和外圍芯片（4）設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)的DSP應(yīng)用系統(tǒng)（5）硬件和軟件調(diào)試（6）系統(tǒng)集成和測(cè)試41第1章DSP緒論1.4.2DSP芯片的選擇

在進(jìn)行DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的DSP芯片是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通常依據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)算速度、運(yùn)算精度和存儲(chǔ)器的需求等來(lái)選擇DSP芯片。一般來(lái)說(shuō)，選擇DSP芯片時(shí)應(yīng)考慮如下一些因素。

1．DSP芯片的運(yùn)算速度2．DSP芯片的價(jià)格

3．DSP芯片的硬件資源4．DSP芯片的運(yùn)算精度

5．DSP芯片的開發(fā)工具6．DSP芯片的功耗7．其它因素

42DSP芯片的速度1.MIPS（MillionsofInstructionPerSecond,每秒執(zhí)行百萬(wàn)條指令）2.MOPS（MillionsofOperationsPerSecond，每秒執(zhí)行百萬(wàn)次操作）3.MACS（