數(shù)字信號處理和DSP系統(tǒng)

1、20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1 1 DSPDSP技術(shù)技術(shù)及應(yīng)用及應(yīng)用 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2 2 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3 3 本課程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)本課程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué) 科科 努力學(xué)好課堂知識的同時(shí)，更要培養(yǎng)動(dòng)努力學(xué)好課堂知識的同時(shí)，更要培養(yǎng)動(dòng) 手能力。手能力。 課程性質(zhì)課程性質(zhì) 本課程是一門

2、重要的專業(yè)選修課程本課程是一門重要的專業(yè)選修課程 要求的前導(dǎo)課程要求的前導(dǎo)課程: 微機(jī)原理微機(jī)原理, 單片機(jī)原理單片機(jī)原理, 數(shù)字信號處理、數(shù)字信號處理、C語言程序設(shè)計(jì)。語言程序設(shè)計(jì)。 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4 4 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用5 5 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用6 6 20212021年年8 8月月6 6日日T

3、MS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用7 7 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用8 8 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用9 9 1.1 實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展 1.2 數(shù)字信號處理器的特點(diǎn)數(shù)字信號處理器的特點(diǎn) 1.3 德州儀器公司的德州儀器公司的DSP產(chǎn)品產(chǎn)品 1.4 DSP芯片的選擇芯片的選擇 1.5 DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程 20212021年年8

4、 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1010 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1111 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1212 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1313 典型實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖典型實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖 x(t) 抗混疊抗混疊 濾波器濾波器 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

5、x(n)y(n) y(t) 數(shù)字信號數(shù)字信號 處理器處理器 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 低通低通 濾波器濾波器 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1414 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1515 利用X86系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理有下列優(yōu)點(diǎn)： 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1616 X86進(jìn)行實(shí)時(shí)信號處理的缺點(diǎn) 20212021年年8 8月月6 6日

6、日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1717 通用微處理器的種類多，包括51系列及其擴(kuò)展系列，德 州儀器公司的MSP430系列，ARM公司的ARM7、ARM9、 ARM10系列，等等，利用通用微處理器進(jìn)行信號處理的優(yōu) 點(diǎn)如下。 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1818 利用通用微處理器進(jìn)行信號處理的缺點(diǎn)如下。 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用1919 針對這些缺點(diǎn)，當(dāng)前的發(fā)展趨勢是在通用

7、處理器中內(nèi)嵌硬 件數(shù)字信號處理單元，如很多視頻處理器產(chǎn)品都是在 ARM9處理器中嵌入H.264、MPEG4等硬件視頻處理模塊， 從而取得了較好的處理效果；而另一條路徑是在單片中集 成ARM處理器和DSP處理器，類似的產(chǎn)品如德州儀器的 OMAP處理器及最新的達(dá)芬奇視頻處理器，它們就是在一 個(gè)芯片中集成了一個(gè)ARM9處理器和一個(gè)C55x處理器或一 個(gè)C64x處理器。 如:TMS320DM270 ARM9+TMS320C5909 TMS320DM355 ARM+協(xié)處理器 圖像硬壓縮MPEG4 TMS320DM375 ARM+協(xié)處理器 圖像硬壓縮MPEG4H.264 TMS320DM360 ARM+協(xié)

8、處理器 圖像硬壓縮MPEG4H.264 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2020 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2121 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2222 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8

9、 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2323 使用FPGA的缺點(diǎn)如下。 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2424 數(shù)字信號處理器（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

10、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)。DSP芯片已成為集成電 路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品之一。DSP芯片迅速成為眾多電子產(chǎn) 品的核心器件，DSP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?？梢哉f，基于DSP技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用正在 成為數(shù)字時(shí)代應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的潮流。 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2525 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPT

11、MS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2626 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2727 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用2828 外部管理數(shù)據(jù)總線外部管理數(shù)據(jù)總線 外部管理地址總線外部管理地址總線 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 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理

12、及應(yīng)用2929 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3030 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3131 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3232 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3333 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320

13、C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3434 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3535 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8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3636 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理

14、及應(yīng)用原理及應(yīng)用3737 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3838 。 。 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用3939 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4040 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4141 。 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55

15、x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4242 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4343 這些指標(biāo)都有很大的局限性。比如，指令周期和MIPS指標(biāo)并 不能公正地區(qū)別不同DSP速度性能上的差異，因?yàn)椴煌腄SP在 單個(gè)指令周期內(nèi)完成的任務(wù)量是不一樣。例如，采用超長指令字 （VLIW）架構(gòu)的DSP可以在單個(gè)周期時(shí)間內(nèi)完成多條指令。雖然 MAC時(shí)間采用一個(gè)基本操作的執(zhí)行時(shí)間作為標(biāo)準(zhǔn)來比較DSP的速 度性能，但是MAC時(shí)間顯然不能提供足夠的信息。而且大多數(shù) DSP在單個(gè)指令周期內(nèi)即可完成MAC，所以其

16、MAC時(shí)間和指令周 期是一樣的。至于MOPS、BOPS和MFLOPS指標(biāo)，會(huì)因?yàn)閺S商對 “操作”內(nèi)涵詮釋的不同而很難體現(xiàn)客觀公允的評價(jià)要求。FFT 執(zhí)行時(shí)間雖然相對于其他指標(biāo)要好一些，但要DSP在具體實(shí)時(shí)應(yīng) 用中對表現(xiàn)出的處理速度做出準(zhǔn)確估計(jì)仍然是很困難的。 目前，比較可靠的辦法是利用某些典型的數(shù)字信號處理標(biāo)準(zhǔn) 例程，這些例程可能是FIR或IIR濾波等“核心”算法，也可能是 語音編解碼等整個(gè)或部分應(yīng)用程序。 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4444 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用4545 20212021年年8 8月月6 6日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及應(yīng)用原理及應(yīng)用