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文檔簡介
1、dsp技術(shù)在技術(shù)在ht-7極向場極向場控制系統(tǒng)中的應(yīng)用控制系統(tǒng)中的應(yīng)用報告人:李志勇主要內(nèi)容主要內(nèi)容、應(yīng)用的必要性、應(yīng)用的必要性二、二、 dsp技術(shù)介紹及應(yīng)用可行性技術(shù)介紹及應(yīng)用可行性三、準(zhǔn)備工作三、準(zhǔn)備工作四、硬件設(shè)計四、硬件設(shè)計五、軟件設(shè)計五、軟件設(shè)計、應(yīng)用的必要性、應(yīng)用的必要性數(shù)字信號處理實現(xiàn)的方法主要有:數(shù)字信號處理實現(xiàn)的方法主要有:(1)計算機(jī)上軟件實現(xiàn);(2)單片機(jī)實現(xiàn);(3)dsp芯片實現(xiàn);(4)fpga等可編程邏輯器件實現(xiàn);ht7極向場控制系統(tǒng)要求為:極向場控制系統(tǒng)要求為:實時(1ms),穩(wěn)定,精度較高。dspdsp(digital signal processordigita
2、l signal processor)是一種特別適合于進(jìn)是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器,其主要應(yīng)用是實時快速行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器,其主要應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。其技術(shù)特點(diǎn)主要有:地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。其技術(shù)特點(diǎn)主要有:二、二、dsp技術(shù)介紹技術(shù)介紹1、哈佛結(jié)構(gòu)或其改進(jìn)型2、專用的硬件乘法器3、流水線操作4、特殊的dsp指令5,多芯片并行運(yùn)行cpu存儲器(數(shù)據(jù)和指令)數(shù)據(jù)總線地址總線cpu程序存儲器(或cache)數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線地址總線地址總線馮馮諾依曼結(jié)構(gòu)諾依曼結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)(改進(jìn)型)哈佛結(jié)構(gòu)(改進(jìn)型)二、二、dsp技術(shù)介紹技術(shù)介紹二、
3、二、dsp技術(shù)介紹技術(shù)介紹通用的微處理器的不足:通用的微處理器的不足:alu(算術(shù)邏輯單元)只能進(jìn)行加、減及邏輯運(yùn)算,乘法指令是由加法和移位來實現(xiàn)的,故需許多個指令周期來完成。 dspdsp:由于具有專用的硬件乘法器(一個或兩個),可在一個指令周期內(nèi)完成至少一次乘法,同時還有一次加法。 乘法運(yùn)算速度乘法運(yùn)算速度是數(shù)字信號處理的一個瓶頸。是數(shù)字信號處理的一個瓶頸?;镜娜壛魉€操作基本的三級流水線操作(高級dsp進(jìn)一步細(xì)分這三個階段,達(dá)到八級流水線)clkout1執(zhí)行譯碼取指nn1n2n1n1n2nnn1二、二、dsp技術(shù)介紹技術(shù)介紹二、二、dsp技術(shù)介紹技術(shù)介紹dsp芯片分類芯片分類1按基礎(chǔ)
4、特性分根據(jù)dsp芯片的工作時鐘和指令類型來分類。靜態(tài)dsp芯片,例如tms320c2xx系列。一致性dsp芯片,例如tms320c54x。2按數(shù)據(jù)格式分定點(diǎn)dsp芯片:tms320c1x/c2x、tms320c2xx/c5x、tms320c54x/c62xx系列。浮點(diǎn)dsp芯片: tms320c3x/c4x/c8x/c67xx。不同浮點(diǎn)dsp芯片所采用的浮點(diǎn)格式不完全一樣。3按用途分通用型dsp芯片,專用型dsp芯片。 二、二、dsp系統(tǒng)應(yīng)用可行性系統(tǒng)應(yīng)用可行性(1)實時處理。一般運(yùn)算速度可在100mips或100mflops以上,最新的工作頻率600mhz的 c64x,運(yùn)算速度達(dá)到4800m
5、ips。適用于數(shù)字信號實時處理。(2)編程方便。dsp芯片可編程,有專門指令。用仿真器配合軟件開發(fā)工具,可靈活方便地對軟件進(jìn)行修改和升級。(3)精度高。具有32位甚至擴(kuò)展至40位的浮點(diǎn)運(yùn)算能力和精度。 (4)接口方便。dsp具有多通道緩沖串口、hpi等片內(nèi)外圍器件,與其它數(shù)字系統(tǒng)或設(shè)備相互兼容,與其接口以實現(xiàn)某種功能較方便。軟件編程硬件設(shè)計軟件調(diào)試硬件調(diào)試選擇dsp芯片定義系統(tǒng)性能指標(biāo) 系統(tǒng)集成系統(tǒng)測試和調(diào)試dsp應(yīng)用三、準(zhǔn)備工作三、準(zhǔn)備工作一般設(shè)計流程一般設(shè)計流程芯片的選擇芯片的選擇 目前世界主要應(yīng)用的dsp芯片有:ti的tms320cx系列, ad公司的adsp21系列,att的dsp,m
6、otorola的mc系列等。相比之下,ti的dsp在具有不少技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的情況下,在國內(nèi)應(yīng)用廣泛,其技術(shù)可靠性與穩(wěn)定性已有驗證,也便于學(xué)習(xí)交流,國內(nèi)第三方的開發(fā)工具性價比高、較成熟,服務(wù)有保障。(1)速度:)速度:根據(jù)對處理速度的要求選擇。一般選擇處理速度不要過高,速度高的dsp,系統(tǒng)實現(xiàn)也較困難。 (2)精度)精度:浮點(diǎn)運(yùn)算多,且動態(tài)范圍變化大,精度要求高時,必須用浮點(diǎn)芯片。否則可用定點(diǎn)芯片采用定標(biāo)的方法完成浮點(diǎn)運(yùn)算。(3)硬件資源:)硬件資源:不同的dsp芯片所提供的硬件資源是不相同的,如片內(nèi)ram、rom的數(shù)量,外部可擴(kuò)展的程序和數(shù)據(jù)空間,總線接口,i/o接口等。 (4)成本)成本精度要求,
7、運(yùn)算速度快慢,存儲空間大小,硬件資源 。(5)方便性)方便性浮點(diǎn)dsp的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)dsp系統(tǒng)較容易,不用考慮尋址空間的問題,指令對c語言支持的效率也較高。 浮點(diǎn)與定點(diǎn)芯片的主要優(yōu)劣比較浮點(diǎn)與定點(diǎn)芯片的主要優(yōu)劣比較類型類型動態(tài)動態(tài)范圍范圍精精度度字長字長程序開程序開發(fā)周期發(fā)周期功功耗耗速速度度價價格格浮點(diǎn)大高32位(可擴(kuò)至40)短高慢高定點(diǎn)小低16位長低快低ti主要定點(diǎn)芯片比較主要定點(diǎn)芯片比較(1)c2000系列:提供了較完整的數(shù)字控制dsp解決方案,設(shè)計了工業(yè)級性能的dsp器件,提供了很多實用代碼。它集成了閃存、高性能的can(controller area network)模塊等,具有較高的性
8、價比。適用范圍:工業(yè)自動化、光傳輸網(wǎng)絡(luò)和自動控制等領(lǐng)域。在滿足運(yùn)算需求的情況下,運(yùn)算速度150 mips 的f2812在性價比和應(yīng)用針對性上是較好的選擇。其不足是無hpi,dma通道及擴(kuò)展總線支持,不支持與pci芯片接口,片內(nèi)數(shù)據(jù)空間不大,開發(fā)軟件應(yīng)用不方便,發(fā)展?jié)摿π ?ti主要定點(diǎn)芯片比較主要定點(diǎn)芯片比較(2)c5000系列是適合于無線通訊領(lǐng)域的一種低功耗dsp器件。是針對個人便攜設(shè)備而設(shè)計的,像音樂播放器、3g蜂窩電話、數(shù)碼相機(jī)、高速音頻設(shè)備、高精度的信號和多通道應(yīng)用。 c5000中的c54x系列采用了提高抗核輻射能力和增強(qiáng)型哈佛結(jié)構(gòu)等技術(shù),硬件資源較豐富,在運(yùn)算速度和功能上較強(qiáng)而且其內(nèi)
9、部的pll比其它芯片的最大倍頻次數(shù)大,從而可使它的外部主頻降低很多,易于系統(tǒng)研制。 不足:針對性不強(qiáng),無擴(kuò)展總線,如果要與pci芯片接口,必須通過ti的pci2040芯片上c6x的hpi協(xié)議到c54x的hpi協(xié)議轉(zhuǎn)換。(3)c62x系列是適合于特定應(yīng)用的高性能處理器。它綜合了世界上各種 dsp 器件的優(yōu)勢,并在處理能力和電源管理方面作了很大的改進(jìn)。它們被廣泛地應(yīng)用于無線基站、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)服務(wù)、xdsl(digital subscriber loop)系統(tǒng)、家庭安全系統(tǒng)、高級圖像處理、工業(yè)掃描、精密儀器和多通道電話系統(tǒng)。c62x系列采用了vliw(very long instruction word
10、),cache等新技術(shù),使得運(yùn)算速度達(dá)到1200到2400mips,功能也更為全面,支持與pci芯片接口。當(dāng)然vliw結(jié)構(gòu)也使編程更嚴(yán)格,更困難,而且其指令字較長,在256bit到1024bit,需要較大的存儲器,增加了成本。 ti主要定點(diǎn)芯片比較主要定點(diǎn)芯片比較開發(fā)工具開發(fā)工具jtagdsp仿真器可支持所有ti系列芯片,是一個統(tǒng)一的硬件平臺。根據(jù)接口不同,分為pci,usb,pp三種,成本依次降低。pci型的優(yōu)點(diǎn)是總線傳輸數(shù)據(jù)快,更適合仿真復(fù)雜的dsp系統(tǒng);usb型的優(yōu)點(diǎn)是適合便攜要求,無需外接電源,兼容性強(qiáng),安裝方便;pp型支持多種并口協(xié)議,兼容性強(qiáng),安裝方便。 ccs(code comp
11、oser studio)集成開發(fā)環(huán)境。它集成了包括代碼產(chǎn)生工具、實時數(shù)據(jù)交換插件等,可以方便地對dsp軟件進(jìn)行設(shè)計、編譯,調(diào)試、跟蹤和實時性分析。 開發(fā)工具開發(fā)工具四、硬件設(shè)計四、硬件設(shè)計由于僅靠一片或多片dsp不能實現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能,而且需要有良好的人機(jī)接口,必須將dsp與通用的cpu結(jié)合起來,將二者構(gòu)成主從式系統(tǒng)。其中,作為上位機(jī)中的cpu主要負(fù)責(zé)整體控制的實現(xiàn),而多片dsp則主要負(fù)責(zé)控制算法與數(shù)據(jù)傳輸??刹捎秒p端口ram實現(xiàn)雙機(jī)通信。dsp的pci系統(tǒng)可以有以下方式設(shè)計: (1)tms320c6205內(nèi)部帶有pci接口,可以用一個單芯片構(gòu)成pci系統(tǒng)。但局限性大,不利于本系統(tǒng)的擴(kuò)展開發(fā)。 (2)用ti的pci接口芯片pci2040,同c5000或c6000的hpi口連接,實現(xiàn)dsp同pci的連接。此種方式受制于接口芯片的性能,dsp同pci的數(shù)據(jù)交換較慢。但此種方式,實現(xiàn)簡單,成本較低。 (3)用其它公司的pci接口芯片同dsp相接,實現(xiàn)dsp同pci的連接。此種方式,可以根據(jù)不同的要求,用
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