DSP處理及其應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

1、DSP 處理及其應(yīng)用專業(yè)： _信息工程 _班級(jí)： _二班 _學(xué)號(hào)： _20100610100205_姓名： _李運(yùn)鴻 _一、 DSP 芯片的概念廣義的概念可理解為數(shù)字信號(hào)處理（Digital Signal Processing，DSP）技術(shù)，主要是研究數(shù)字信號(hào)處理的各種算法。狹 義 的 概 念 可 理 解 為 數(shù) 字 信 號(hào) 處 理 器 （ DigitalSignalProcesor） ，主要采用硬件實(shí)現(xiàn)，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。DSP 也就是硬件工程師和芯片制造商所指專用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理算法的微處理器芯片。DSP典型的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)框圖二、 DSP 芯片的主要特點(diǎn)1哈佛結(jié)構(gòu)（與馮諾依曼結(jié)構(gòu)的區(qū)別）2多

2、總線結(jié)構(gòu)3指令系統(tǒng)的流水線操作4專用的硬件乘法器5特殊的DSP 指令6快速的指令周期7硬件配置強(qiáng)此外，數(shù)字信號(hào)處理還具有精度高，編程方便，可程控，可靠性高，靈活性大，接口簡(jiǎn)單，易于大規(guī)模集成等特點(diǎn)。三、DSP 芯片的種類DSP 芯片可以按照以下3 種方式進(jìn)行分類。1按數(shù)據(jù)格式分: 定點(diǎn)和浮點(diǎn)根據(jù) DSP 芯片工作的數(shù)據(jù)格式可分為定點(diǎn)DSP 芯片與浮點(diǎn) DSP 芯片。即數(shù)據(jù)以定點(diǎn)格式工作的DSP 芯片稱之為定點(diǎn)DSP芯片 ;以浮點(diǎn)格式工作的稱為浮點(diǎn)DSP 芯片。2按用途分：通用和專用按照 DSP 芯片的用途來分，可分為通用型DSP 芯片和專用型 DSP 芯片。通用型 DSP 芯片適合普通的DSP

3、 應(yīng)用，如 TI 公司的一系列 DSP 芯片。專用型 DSP 芯片是為特定的DSP 運(yùn)算而設(shè)計(jì)的，更適合特殊的運(yùn)算，如數(shù)字濾波，卷積和FFT 等。3. 按基礎(chǔ)特性分：靜態(tài)和一致性這是根據(jù) DSP 芯片的工作時(shí)鐘和指令類型來分類的。如果在某時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的任何時(shí)鐘頻率上，DSP 芯片都能正常工作，除計(jì)算速度有變化外，沒有性能的下降，這類DSP 芯片一般稱為靜態(tài) DSP 芯片。如果有兩種或兩種以上的DSP 芯片，它們的指令集和相應(yīng)的機(jī)器代碼機(jī)管腳結(jié)構(gòu)相互兼容，則這類 DSP 芯片稱為一致性 DSP 芯片。四、DSP 芯片的發(fā)展及趨勢(shì)（ 1） DSP 芯片的發(fā)展歷程1978 年第一片 DSP 誕生

4、S2811(Microsystems 公司 AMI 子公司 )1986 年以來得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展?，F(xiàn)今：生產(chǎn)DSP 廠家 80 多個(gè)，品種300 多種。TI （德州儀器）公司市場(chǎng)份額：60%；ADI （美國模擬器件）公司市場(chǎng)份額： 15%；Motorola 市場(chǎng)份額： 10%；Lucent 市場(chǎng)份額： 5%；ed_ad0fa40b-7ed4-4ee3-84ea-292d1d0e76bf-Bulleted_040cdc19-982b-4079-8776-d0d233622fb3-Bulleted_b7a02e9f-2492-4b65-2） TI 公司 DSP 芯片簡(jiǎn)介 硁第一代： TMS3201

5、0 及其系列產(chǎn)品（ 1982 年） 硁第二代： TMS32020 、 TMS320C25/C26/C28 硁第三代： TMS320C30/C31/C32 ， 硁第四代： TMS320C40/C44 ， 硁第五代：TMS320C50/C51/C52/C53/C54 和集多個(gè)DSP 于一體的高性能 DSP 芯片 TMS320C80/C82 等 硁第六代： TMS320C62x/C67x 等。ed_ad0fa40b-7ed4-4ee3-84ea-292d1d0e76bf-Bulleted_040cdc19-982b-4079-8776-d0d233622fb3-Bulleted_b7a02e9f-2

6、492-4b65-3）國內(nèi) DSP 的發(fā)展概況1983 年引進(jìn)（ 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(chǎng)的 90%，其余為Lucent 、 AD 、 Motorola 、ZSP 和 NEC 等公司?，F(xiàn)狀： DSP 開發(fā)工具 / DSP 硬件平臺(tái)開發(fā) / DSP 應(yīng)用軟件開發(fā)國內(nèi)較知名的DSP 公司：北京 “聞亭 ”、 “合眾達(dá) ”等。國內(nèi)引入的主流產(chǎn)品：TMS320F2407( 電機(jī)控制 )TMS320C5409( 信息處理 )TMS320C6201( 圖像處理 )五、 TMS320C5000 系列TMS320C5000 是 16 位定點(diǎn)、低功

7、耗的 DSP，最適合便攜式上網(wǎng)以及無線通信等應(yīng)用場(chǎng)合，如手機(jī)、 PDA、GPS 等應(yīng)用，處理速度在80400MIPS 。 TMS320C5000 主要成員有 TMS320C55x 和TMS320C54x 兩個(gè) 16 位定點(diǎn) DSP 子系列，兩者軟件兼容。C54x 具有很好的操作靈活性和很高的運(yùn)行速度，其結(jié)構(gòu)采用改善的哈佛結(jié)構(gòu)（一組程序存儲(chǔ)器總線、3 組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線、 4 組地址總線），具有專用硬件邏輯的CPU、片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)以及一個(gè)效率很高的指令集。 C54x 具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：使用改善的哈佛結(jié)構(gòu)，時(shí)的性能和多功能性都得以提高；具有高度并行性和專用硬件邏輯的 CPU 設(shè)計(jì)，是芯片性能大

8、大提高；效率很高的指令集更適合于快速算法的實(shí)現(xiàn)和高級(jí)語言編程的優(yōu)化；模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)， 是派生器件得到了更快的發(fā)展；先進(jìn)的IC 制造工藝，提高了芯片性能，降低了功耗；先進(jìn)的靜態(tài)設(shè)計(jì)技術(shù)， 使得芯片具有更低的功耗和更強(qiáng)的應(yīng)用能力。 TMS320C54x 結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。圖 1TMS320C54x 結(jié)構(gòu)框圖C55x 工作在 0.9V 時(shí)，功耗低至 0.005mW/MIPS。工作在 400MHz鐘頻時(shí)，可達(dá) 800MIPS。和 120MHz 的 C54x 相比，300MHz 的 C55x性能提高 5 倍。功耗將為 1/6。因此，C55x 非常適合個(gè)人的和便攜式的應(yīng)用以及數(shù)字通信設(shè)施的應(yīng)用。

9、C55x 的核具有雙 MAC 以及相應(yīng)的并行指令，還增加了累加器、 ALU 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其指令集是 C54x 指令集的超集， 以便和擴(kuò)展了的總線結(jié)構(gòu)、 新增加的硬件執(zhí)行單元相適應(yīng)。C55x 的指令長度從 8bit 到 48bit 可變，由此可控制代碼的大小，比 C54x 降低 40%，同時(shí)也就意味著降低對(duì)存儲(chǔ)器的要求，從而降低系統(tǒng)的成本。 C55x 結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 所示。 C54x 和 C55x 的比較如表所示。圖 2C55x 結(jié)構(gòu)框圖表 2C54x 與 C55x 的比較C54xC55xMAC12ACC24讀總線23寫總線12程序提取11地址總線46指令字大小16 bit8/16/32/4

10、0/48 bit數(shù)據(jù)字大小16 bit16 bit輔助寄存器 ALU2（每個(gè) 16 bit ）3(每個(gè) 24 bit)ALU1(40 bit)1(40 bit),1(16 bit)輔助寄存器88數(shù)據(jù)寄存器04存儲(chǔ)器空間分開的程序 / 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器統(tǒng)一的空間臨時(shí)寄存器04六、 TMS320C6000 系列TMS320C6000 是 32 位 最 高 性 能 的 DSP ， 包 括C62x/C67xC64x/DM64x 等 4 個(gè)系列。C62X 和 C64x 是 32 位定點(diǎn)DSP，定點(diǎn)器件性能從 1200MIPS 到 8000MIPS，C67x 是 32 位浮點(diǎn)DSP，浮點(diǎn)器件性能從 600180

11、0MFLOPS，DM64x 在 C64x 核的基礎(chǔ)上，增加了視頻接口，以便視頻應(yīng)用。 C6000 系列廣泛應(yīng)用在有線 /無線寬帶網(wǎng)絡(luò)、組合 Modem、GPS 導(dǎo)航、基站數(shù)字波束形成、醫(yī)學(xué)圖像處理、語音識(shí)別、 3D 圖形、 ADSL Modem、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、中心局交換機(jī)、數(shù)字音頻廣播設(shè)備等，其中移動(dòng)通信是 C6000 系列 DSP 的重要應(yīng)用領(lǐng)域。C6000 系列的芯片有了更優(yōu)化的性能。兩層 cache 結(jié)構(gòu)，是的存儲(chǔ)方式更加靈活； 強(qiáng)化的 DMA 控制器，EDMA 提供 2GB/s 的片外帶寬，支持有獨(dú)立事件觸發(fā)的 64 個(gè)通道，總共有 85 個(gè)參數(shù)可以用來設(shè)置連接，支持字節(jié)、字、半個(gè)字以及雙

12、字等各種字長，從而大大提高系統(tǒng)的效率，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者只需要考慮 EDMA 是否能達(dá)到要求，通道之間的交互并不影響性能，這和傳統(tǒng)的 DMA 大不相同； 3 組片外總線： 2 組片外存儲(chǔ)器接口（ EMIF ）和 1 組主機(jī)接口（ HPI）；靈活的串口連接， 3 個(gè)多通道緩沖串口 （MsBSP）可以和各種標(biāo)準(zhǔn)接口；ATM 通用測(cè)試和操作接口（ UTOPIA ）。C6000 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 3 所示。C62x 和 C64x 處理器具有相同的核結(jié)構(gòu)，C64x 系列是在 C62x的結(jié)構(gòu)上擴(kuò)展而來，增加了一些新的功能單元， 強(qiáng)化了一些功能單元，C67x 擴(kuò)展了 C62x 的指令集，支持浮點(diǎn)運(yùn)算， C67x

13、對(duì) C62x 向下兼容，但和 C64x 不兼容， C62x 的指令可以在 C67x 上運(yùn)行， C67x 處理器適合于要求高精度、 大動(dòng)態(tài)范圍以及大量運(yùn)算的應(yīng)用， C64xDSP是 C6000 DSP 系列里最高性能的定點(diǎn)DSP。DM64x 系列處理器基于TI 的 VelociTI.2 超長指令字結(jié)構(gòu)， 使其適用于數(shù)字媒體應(yīng)用。 DM64x的結(jié)構(gòu)框圖如圖4 所示。圖 3C6000 的結(jié)構(gòu)框圖七、總結(jié)C5000 和 C6000 系列主要偏重于視頻圖像處理，C5000 系列均為 16 位定點(diǎn)型， C6000 系列中的 C62x 和 C64x 為 32 位定點(diǎn)型，C67x 子系列為浮點(diǎn)型，性能強(qiáng)大，但自身集成的外設(shè)很少，一般需要擴(kuò)展。在時(shí)鐘方面， C5000 系列中的 C55x 子系列最高主頻為 300MHz ，C6000 系列中的 C64x 子系列的最高主頻高達(dá) 720MHz。C5000 系列中， C54x 關(guān)注于低功耗， C55x 則降低功耗提到一個(gè)新水平，C55x 的功耗低至 0.005mW/MIPs，具有最長的電