第1章__數(shù)字信號(hào)處理和DSP系統(tǒng)

1、1 課程體系結(jié)構(gòu) TMS320C55x DSP芯片工作原理：CPU； 存儲(chǔ)器；I/O；中斷；尋址方式；指令系 統(tǒng)；片上外設(shè)（PLL, Timer, EMIF, EHPI, McBSP, GPIO, DMA, I2C, MMC, USB, ADC, RTC, UART） TMS320C55x DSP 應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)：集 成開發(fā)環(huán)境CCS， 仿真工具， 硬件結(jié) 構(gòu)與設(shè)計(jì)，程序設(shè)計(jì)，算法研究 實(shí)踐 實(shí)踐 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1010 1.1 數(shù)字信號(hào)處理及應(yīng)用概述數(shù)字信號(hào)處理及應(yīng)用概述 1.2 實(shí)時(shí)數(shù)字信

2、號(hào)處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法 1.3 數(shù)字信號(hào)處理器的特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器的特點(diǎn) 1.4 德州儀器公司的德州儀器公司的DSP產(chǎn)品產(chǎn)品 1.5 DSP芯片的選擇芯片的選擇 1.6 定點(diǎn)運(yùn)算及定點(diǎn)定點(diǎn)運(yùn)算及定點(diǎn)DSP 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1111 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1212 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原

3、理及應(yīng)用1313 典型數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)典型數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng) 抗混疊 濾波器 DSP D/A 轉(zhuǎn)換器 重建 濾波器 A/D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字 I/O 存儲(chǔ)器 通信、 人機(jī) 接口 DSP 系統(tǒng) 譯碼 與時(shí) 序、 邏輯 控制 總線 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1515 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1616 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用17

4、17 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1818 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1919 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2020 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2121 X86進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理的缺點(diǎn)：進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理的缺點(diǎn)： 20212021年年7 7

5、月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2222 通用微處理器的種類多，包括通用微處理器的種類多，包括51系列及其擴(kuò)展系列，德系列及其擴(kuò)展系列，德 州儀器公司的州儀器公司的MSP430系列，系列，ARM公司的公司的ARM7、ARM9、 ARM11、ARM Cortex-M0,-M3,-A8,-A9系列，等等，利用系列，等等，利用 通用微處理器進(jìn)行信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)如下：通用微處理器進(jìn)行信號(hào)處理的優(yōu)點(diǎn)如下： 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2323 利用通用微處理

6、器進(jìn)行信號(hào)處理的缺點(diǎn)如下：利用通用微處理器進(jìn)行信號(hào)處理的缺點(diǎn)如下： 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2424 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2525 隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，F(xiàn)PGA的制作工藝已經(jīng)進(jìn)入 到45nm時(shí)期，這意味在一片集成電路當(dāng)中可以集成更多的晶 體管，芯片運(yùn)行更快，功耗更低。其主要優(yōu)點(diǎn)如下。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)

7、用2626 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2727 數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor，DSP）是一種專 門為實(shí)時(shí)、快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法而設(shè)計(jì)的具有特殊 結(jié)構(gòu)的微處理器。20世紀(jì)80年代初，世界上第一片可編程DSP 芯片的誕生為數(shù)字信號(hào)處理理論的實(shí)際應(yīng)用開辟了道路；隨著 低成本數(shù)字信號(hào)處理器的不斷推出，更加促進(jìn)了這一進(jìn)程。90 年代以后，DSP芯片的發(fā)展突飛猛進(jìn)。其功能日益強(qiáng)大，性能 價(jià)格比不斷上升，開發(fā)手段不斷改進(jìn)，使DSP芯片迅速成為眾 多電子產(chǎn)品的核心器件，DSP

8、系統(tǒng)也被廣泛地應(yīng)用于當(dāng)今技術(shù) 革命的各個(gè)領(lǐng)域通信電子、信號(hào)處理、自動(dòng)控制、雷達(dá)、 軍事、航空航天、醫(yī)療、家用電器、電力電子，而且新的應(yīng)用 領(lǐng)域還在不斷地被發(fā)現(xiàn)、拓展。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2929 優(yōu)點(diǎn)：大規(guī)模集成性、優(yōu)點(diǎn)：大規(guī)模集成性、 穩(wěn)定性好穩(wěn)定性好 精度高精度高 可編程性可編程性 高速性能高速性能 可嵌入性可嵌入性 接口和集成方便接口和集成方便 缺點(diǎn)：成本較單片機(jī)高，甚至高于缺點(diǎn)：成本較單片機(jī)高，甚至高于PC機(jī)機(jī) DSP技術(shù)更新速度快，開發(fā)和調(diào)試工具需要不斷完善技術(shù)更新速度快，開發(fā)和調(diào)試工

9、具需要不斷完善 ， 不如不如PC機(jī)編程和修改方便。機(jī)編程和修改方便。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3030 設(shè)計(jì)者要根據(jù)系統(tǒng)的嵌入式、便攜性、功耗、速度、 成本、批量、可靠性、使用環(huán)境、開發(fā)周期等情況選擇實(shí) 現(xiàn)方式。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3131 GPP的Von.Neumann結(jié)構(gòu) 取指取指 譯碼譯碼 讀數(shù)讀數(shù) 執(zhí)行執(zhí)行 取指取指 譯碼譯碼 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DS

10、PTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用 外部外部I/O數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 外部外部I/O地址總線地址總線 數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)地址總線數(shù)據(jù)地址總線 程序數(shù)據(jù)總線程序數(shù)據(jù)總線 程序地址總線程序地址總線 并行接口并行接口 取指取指 譯碼譯碼 讀數(shù)讀數(shù) 執(zhí)行執(zhí)行 取指取指 譯碼譯碼 讀數(shù)讀數(shù) 執(zhí)行執(zhí)行 取指取指 譯碼譯碼 讀數(shù)讀數(shù) 執(zhí)行執(zhí)行 取指取指 譯碼譯碼 讀數(shù)讀數(shù) 執(zhí)執(zhí) 取指取指 譯碼譯碼 讀讀 取指取指 譯譯 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3434 20212021年年7 7月月1212日日T

11、MS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3535 u常用算法 l卷積 l相關(guān) l變換 l級(jí)數(shù) N i inxiany 0 )()()( n xy mnynxmR)()()( n fj enyfY 2 )()( i i xiaxF)()( u算法分析 l當(dāng)用有限N項(xiàng)之和近似代替無(wú)窮求和時(shí)， DSP常用算法可歸納為： l針對(duì)這類N項(xiàng)雙操作數(shù)相乘后乘積求和的通 用形式，DSP中從硬件結(jié)構(gòu)上采用了多種先 進(jìn)技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)了N項(xiàng)乘積和主運(yùn)算僅需 要N個(gè)指令周期。 N i inxiany 0 )()()( 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x D

12、SPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3838 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3939 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4040 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4141 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4242 20212021年年7 7

13、月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4343 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4444 在選擇在選擇DSP處理器時(shí)，要根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)不同要求，綜合考慮處理器時(shí)，要根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)不同要求，綜合考慮 性能、成本、集成度、開發(fā)的難易程度及功耗等因素。性能、成本、集成度、開發(fā)的難易程度及功耗等因素。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4545 20212021年年7 7月月1212日

14、日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4646 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4747 。 。 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4848 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4949 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用5

15、050 。 1.4.5 DSP發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì) 獨(dú)立的DSP發(fā)展 主頻速度、特殊功能、并行能力、特定的外設(shè) DSP作為輔助技術(shù) 協(xié)處理器（或特殊的計(jì)算單元） 綜合發(fā)展 與其他處理器形成混合核，兼顧兩者的優(yōu)點(diǎn) C1x C2x C2xx C5x C54xx C55xx Future C62xx C64xx 定點(diǎn)定點(diǎn)DSP C3x C4x C67x Future 浮點(diǎn)浮點(diǎn)DSP C8x OMAP C57x Future 多處理器多處理器 lCPU： 雙核ARM Cortex A57（最高2GHz）和四核A53內(nèi) 核，支持64位 lGPU：Adreno 430 GPU lDSP： Hexagon V5

16、6 DSP（最高800MHz）,可讓多種應(yīng)用程序 以超低功耗運(yùn)行，如音樂(lè)播放程序、增強(qiáng)的音頻效果應(yīng)用程序、 計(jì)算機(jī)視覺處理應(yīng)用程序以及靜止和視頻圖像增強(qiáng)應(yīng)用程序 確定系統(tǒng)性能指標(biāo)確定系統(tǒng)性能指標(biāo) 核心算法模擬和驗(yàn)證核心算法模擬和驗(yàn)證 選擇選擇DSP芯片及其他系統(tǒng)組件芯片及其他系統(tǒng)組件 軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試 系統(tǒng)測(cè)試、集成系統(tǒng)測(cè)試、集成 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用6363 MBPS(Million Bit Per Second) (主要用來(lái)衡量DSP數(shù)據(jù)傳輸能力，是對(duì)總

17、線和I/O口 數(shù)據(jù)吞吐率的度量，也就是總線和I/O口的帶寬) 例：C6000 200MHz時(shí)鐘 32-bit總線 則總線數(shù)據(jù)吞吐率為 800Mbyte/s 或 6400MBPS MACS(Multiply-Accumulates Per Scond) 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用6666 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用6767 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x

18、DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用6868 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用6969 20212021年年7 7月月1212日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用7070 -32768，32767 (8000h，7FFFh) -1(FFFFh)，0 + +- - -128，127 (80h，7Fh) -1(FFh)，0 + +- - Q q xx2int Q q xfloatx 2 y xz Q q Q q Q q yxz 222 x yx x Q QQ q Q q yx 222 )( x yx Q QQ qq yx 22 )( )( )( 22 xz yx QQ QQ qqq yxz z Q q z 2= )( 2 yx QQ qq yx q z