Ti公司DSP技術(shù)發(fā)展歷程和現(xiàn)狀其應用實例分析

1、 DSP應用論文院系名稱：信 息 學 院專業(yè)班級：電 科 *姓 名： * *學 號：20084836*指導老師： * * *Ti 公司DSP 技術(shù)發(fā)展歷程和現(xiàn)狀及其應用實例分析1. 發(fā)展歷程德州儀器（Texas Instruments），簡稱Ti ，是全球領(lǐng)先的半導體公司，為現(xiàn)實世界的信號處理提供創(chuàng)新的數(shù)字信號處理(DSP及模擬器件技術(shù)。Ti 公司擁有超過70年的悠久歷史，于1996年開始致力于公司轉(zhuǎn)型，專注于為信號處理市場生產(chǎn)半導體，并帶動了無線和移動因特網(wǎng)市場的巨大變革。這一 轉(zhuǎn)型以及隨之進行的一系列收購，資產(chǎn)剝離和其它動作，使Ti 公司成為當今一流的半導體公司之一。對于Ti 推出業(yè)界第一

2、顆商用DSP 的歷史，Ti 首席科學家Gene Frantz在一篇名為DSP:如何使Ti 風險業(yè)務變成最大的業(yè)務對DSP 有過極為精彩的分析，在這篇文章中他提到DSP 最初還只是一項技術(shù)的名稱，即數(shù)字信號處理。這項技術(shù)在20世紀60年代從校園中興起，到七十年代才由計算機實現(xiàn)部分實時處理，而用于高尖端領(lǐng)域。八十年代前后，陸續(xù)有公司設(shè)計出適合于DSP 處理技術(shù)的微處理器，于是DSP 開始成為一種高性能處理器的名稱。Ti 公司在1982年成功推出其第一代DSP 芯片TMS32010及其系列產(chǎn)品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17等，其出色的性能和特性倍受業(yè)界的關(guān)注。隨

3、著DSP 成本的降低，DSP 不僅在軍事，而且在工業(yè)和商業(yè)應用中不斷獲得成功。進入九十年代，有多家公司躋身于DSP 領(lǐng)域與Ti 進行市場競爭。Ti 首家提供可定制DSP ，稱作cDSP 。cDSP 基于DSP 的內(nèi)核的設(shè)計可使DSP 具有更高的系統(tǒng)集成度，大大加速了產(chǎn)品的上市時間。同時Ti 瞄準DSP 電子市場上成長速度更快的領(lǐng)域，適時地提供各種面向未來的發(fā)展解決方案。到九十年代中期，這種可編程的DSP 器件已經(jīng)廣安應用于數(shù)據(jù)通信、海量存儲、語音處理、汽車電子、消費類音頻和視頻產(chǎn)品等等，其中最為輝煌的成就是在蜂窩電話中的成功。Ti 通過不斷革新，推陳出新，DSP 業(yè)務也一躍成為Ti 的最大的業(yè)

4、務，并始終處于全球DSP 市場的領(lǐng)導地位。在過去的幾年中，Ti 仍在不斷地投資于未來，開發(fā)新技術(shù)和提高財務穩(wěn)健 度。Ti 已經(jīng)從最近的市場低迷中成功脫身，并達到前所未有的有利位置，且已經(jīng)開始探索實時信號處理技術(shù)為電子世界帶來的潛力。隨著信息能夠隨時隨地在移動因特網(wǎng)中不斷普及以及寬帶進入家庭，Ti 從信號處理不斷提高的重要性中受益匪淺。信號處理是一種技術(shù)，此技術(shù)反映了公司在數(shù)字信號處理器(DSP和模擬信號處理器方面的研發(fā)能力。數(shù)字信號處理器(DSP和模擬信號處理器是電子業(yè)許多發(fā)展最快的細分市場的發(fā)展引擎。新世紀的DSP 市場競爭加劇，Ti 及時調(diào)整DSP 發(fā)展戰(zhàn)略全局規(guī)劃，并以全面的產(chǎn)品規(guī)劃和完

5、善的解決方案，加之全新的開發(fā)理念，深化產(chǎn)業(yè)化進程。2現(xiàn)狀Ti 公司DSP 的應用與市場領(lǐng)域包括：數(shù)字蜂窩電話、無線基站，DSL 調(diào)制解調(diào)器 ,線纜調(diào)制解調(diào)器 ,因特網(wǎng)音頻設(shè)備等 。自1982 年以來，Ti 成為數(shù)字信號處理(DSP解決方案全球的領(lǐng)導廠商及先驅(qū)，為全球超過30000個客戶提供創(chuàng)新的DSP 和混合信號/模擬技術(shù)，應用領(lǐng)域涵蓋無線通訊，寬帶，網(wǎng)絡家電，數(shù)字馬達控制與消費類市場。為協(xié)助客戶更快進入市場搶得先機，Ti 提供簡單易用的開發(fā)工具及廣泛的軟硬件支持，并與DSP 解決方案供應商組成龐大的第三方網(wǎng)絡，幫助他們利用Ti 技術(shù)發(fā)展出超過1000種產(chǎn)品，使服務支持更加完善。電信是和娛樂是

6、推動DSP 創(chuàng)新的兩次浪潮。前者的數(shù)字化電話系統(tǒng)，DSL ，有線Modem ，802.11以及數(shù)字蜂窩電話第一次為DSP 提供了前所未有的廣闊舞臺，后者對性能，功耗的更高要求，流媒體，以及數(shù)量龐大的消費人群則推動了DSP 的進一步應用。DSP 主要考慮處理速度、功耗、程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量、片內(nèi)的資源，如定時器的數(shù)量、I/O口數(shù)量、中斷數(shù)量、DMA 通道數(shù)等。DSP 的主要供應商有TI ，ADI ，Motorola,Lucent 和Zilog 等，其中TI 占有最大的市場份額。TI 公司現(xiàn)在主推四大系列DSP:(1）C5000系列（定點、低功耗）：C54X ，C54XX ，C55X 相比

7、其它系列的主要特點是低功耗，旨在延長便攜式設(shè)備的電池壽命，同時降低系統(tǒng)成本并實現(xiàn)用戶友好特性。這些器件包括: TMS320C55x 低功耗DSP ，TMS320C54x 低功耗DSP ；高度集成的外設(shè)；1024點可編程FFT 硬件加速器；高速USB2.0(具有PHY ；LCD 顯示屏控制器；MMC/SD和10位4通道SAR ADC；更高容量的存儲器。所以最適合個人與便攜式上網(wǎng)以及無線通信應用，如手機、PDA 、GPS 等應用。處理速度在80MIPS-400MIPS 之間。C54XX 和C55XX 一般只具有McBSP 同步串口、HPI 并行接口、定時器、DMA 等外設(shè)。值得注意的是C55XX

8、提供了EMIF 外部存儲器擴展接口，可以直接使用SDRAM ，而C54XX 則不能直接使用。兩個系列的數(shù)字IO 都只有兩條。(2）C2000系列（定點、控制器）：C20X ，F(xiàn)20X ，F(xiàn)24X ，F(xiàn)24XX ，C28x 該系列芯片具有大量外設(shè)資源，如：A/D、定時器、各種串口（同步和異步），WATCHDOG 、CAN 總線/PWM發(fā)生器、數(shù)字IO 腳等。是針對控制應用最佳化的DSP ，在TI 所有的DSP 中，只有C2000有FLASH ，也只有該系列有異步串口可以和PC 的UART 相連。(3）C6000系列：C62XX ，C67XX ，C64X 該系列以高性能著稱，該平臺的處理和低功耗功

9、能非常適合于影像和視頻，通信和寬帶基礎(chǔ)設(shè)施，工業(yè)，醫(yī)療，測試和測量，高端計算和高性能音頻等應用。該定點平臺具有各種高性能和經(jīng)濟高效的選項，可解決大多數(shù)低成本或節(jié)能型應用所面臨的大部分任務關(guān)鍵型。32bit ，其中：C62XX 和C64X 是定點系列，C67XX 是浮點系列。該系列提供EMIF 擴展存儲器接口。該系列只提供BGA 封裝，只能制作多層PCB 。且功耗較大。同為浮點系列的C3X 中的VC33現(xiàn)在雖非主流產(chǎn)品，但也仍在廣泛使用，但其速度較低，最高在150MIPS 。(4）OMAP 系列：OMAP 處理器集成ARM 的命令及控制功能，提供各種Cortex-A8內(nèi)核組合，具有豐富多媒體功能

10、的外設(shè),OpenGL ES 2.0兼容圖形引擎，視頻加速器和TMS320C64x+ DSP 內(nèi)核。模塊化和可擴展的OMAP35x 評估模塊 (EVM提供了當前在OMAP3503處理器 (包括基于2.6.22內(nèi)核的OMAP3503 Linux 板級支持包 上進行開發(fā)所需的所有組件。OMAP35x 處理器，OMAP-L1x 處理器。另外還提供DSP 的低功耗實時信號處理能力，最適合移動上網(wǎng)設(shè)備和多媒體家電。其他系列的DSP 曾經(jīng)有過風光，但現(xiàn)在都非TI 主推產(chǎn)品了，除了C3X 系列外，其他基本處于淘汰階段，如：C3X 的浮點系列（C30，C31，C32），C2X 和C5X 系列（C20，C25，C

11、50），每個系列的DSP 都有其主要應用領(lǐng)域。75年來，Ti 卓有成效地推動著社會發(fā)展。從默默無聞地開發(fā)德州油田到在全球市場占據(jù)領(lǐng)先地位，Ti 在其員工理念的指引下逐步發(fā)展壯大。自創(chuàng)始人Eugene McDermott,Erik Jonsson,Cecil Green和Pat Haggerty決定創(chuàng)立公司以來，Ti 公司不但頑強地生存了下來，更憑借勇于冒險和創(chuàng)新的精神為社會發(fā)展推波助瀾。正是由于成千上萬Ti 人的不懈努力，加上諾貝爾獎獲得者ack Kilby 等發(fā)明家的天才創(chuàng)意，Ti 才能成為數(shù)字信號處理和模擬技術(shù)的領(lǐng)路人-以半導體推動因特網(wǎng)時代的發(fā)展。在無線和寬帶接入等全球市場以及包括數(shù)字投

12、影系統(tǒng)和數(shù)字音頻在內(nèi)的各種新興市場內(nèi)，Ti 及其員工始終走在前列。3. 應用實例分析（1）要求分析基于DSP 的數(shù)字語音壓縮系統(tǒng)語音數(shù)字通信無論在可靠性、抗干擾能力、保密性還是價格方面都遠優(yōu)于模擬語音信號，但這是以信道占用寬頻帶寬為代價的。因此為了減少語音信號所占用的帶寬或存儲空間，就必須對數(shù)字語音信號進行壓縮編碼。一個優(yōu)秀的語音壓縮系統(tǒng)要求能夠在軟硬件資源占用比例低和壓縮編解碼時間短的同時可以實現(xiàn)多通道語音實時壓縮。目前，G.729A 算法多是在TI 的5000系列DSP 上實現(xiàn)單通道或雙通道語音壓縮，而本設(shè)計在現(xiàn)有的TMS320C6711系列DSP 平臺上使用最少的硬件資源和軟件開銷，壓縮

13、編碼解碼時間，實現(xiàn)了多通道語音實時壓縮解壓。選擇語音壓縮編碼方案在評價一個語音壓縮編碼方案時，一般從四個方面考慮：質(zhì)量、速率、復雜度和延時。目前ITU-U 已制定的G 系列標準有G.711，G.721，G.722，G.723，G.726，G.728，G.723.1，G.729，G.729A 。經(jīng)綜合比較本系統(tǒng)選用G.729A 算法。（2）軟硬件系統(tǒng)設(shè)計G.729A 編碼方案是電話帶寬的語音信號編碼的標準，對輸入語音性質(zhì)的模擬信號用8kHz 、采樣，1 6比特線性PCM 量化。CS-ACELP 是基于碼本激勵線性預測(CELP的編碼模式，每8 0個樣點為一語音幀，對語音信號分析并提取各種參數(shù)，把

14、這些參數(shù)編碼發(fā)送。在解碼端，把收到的比特流恢復成參數(shù)編碼，解碼后得到各個參數(shù)，用自適應碼矢序號從自適應碼本中得到自適應碼矢，用固定碼矢序號從固定碼本中得到固定碼矢，分別乘以它們的增益，按點相加后構(gòu)成激勵序列。用線性預測濾波器系數(shù)構(gòu)成合成濾波器。用自適應碼本方法實現(xiàn)長時或基音合成濾波，計算出合成語音后，用后置濾波器進一步增強音質(zhì)。硬件系統(tǒng)設(shè)計數(shù)字信號處理器具有運行速度快、性價比高、功耗低、開發(fā)快的特點。本系 統(tǒng)選擇的 TMS320C6711 是高性能浮點數(shù)字信號處理器， 可以成功地實現(xiàn)實時語音 壓縮和解壓。 1 系統(tǒng)原理框圖 本系統(tǒng)以 TMS320C6711 為核心，外擴 32MB SDRAM

15、和 2MB FLASH。DSP 仿真器 用于 DSP 的在線調(diào)試開發(fā)，可以通過軟件在線控制 DSP 的運行狀態(tài)，并能夠查看 DSP 內(nèi)部寄存器。PC 是開發(fā)人員和 DSP 系統(tǒng)之間的交互界面，通過 PC 上安裝的 CCS 集成開發(fā)環(huán)境，開發(fā)人員可以在友好的圖形界面下對目標系統(tǒng)進行操作。系 統(tǒng)原理圖如圖所示 16M SDRAM 2M FLASH 麥克風 DSP 語音輸入輸 出電路 揚聲器 PC 機 TMS320C6711 電源管理 仿真器 JTAG 接口 復位電路 2 模擬電路接口設(shè)計 TLV320AICl0 芯片模擬電路設(shè)計包括麥克風接口設(shè)計和揚聲器接口設(shè)計，由 于 TLV320AICl0 輸

16、出具有 600 歐姆驅(qū)動能力，足夠驅(qū)動一個耳機，也可以經(jīng)過一 個功率放大芯片驅(qū)動揚聲器，所以輸出電路較為簡單。TLV 32 OAIcl O 內(nèi)置運 算放大器電路，可以方便的與麥克風接口，接口電路如圖所示。應當注意的是 VMID 引腳最大輸出電流為 5mA，為了防止輸出電流超過限制，應當串聯(lián)一個起 保護作用的電位器 RPl。 3 數(shù)字電路接口設(shè)計 TLV320AIC10 支持與 TI 5000 和 6000 系列的無縫接口。TLV320AIC10 通過 MCBSP 接口與 TMS 320C6711 DSP 相連，如圖所示。 TMS320C6711 FSX FSR CLKX CLKR DTx DR

17、x CLKOUT TLV320AIC10 FS SCLK DIN DOUT MCLK 8.19MHz TLV320AIC10 采用主模式。由 TLV320AIC10 向 TMS320C6711 DSP 提供串行通 信頻率 SCLK。MCLK 提供 TLV32 OAIC10 的工作頻率，包括串行通信頻率 SCLK 和 采樣頻率 f s。串行通信頻率為 MCLK 的二分頻，F(xiàn)S 與 MCLK 關(guān)系如下 FS=MCLK (256×N，N=l，2，32。在本系統(tǒng)中 N 為 4，F(xiàn)S 為 8000，故 MCLK 是 8.19 MHz。 軟件系統(tǒng)設(shè)計 本系統(tǒng)實現(xiàn)的目標是能夠?qū)崟r輸入語音、壓縮，并

18、能把接收到的 G.729A 編 碼解壓、播放出來。事實上 DSP 要同時處理多個任務：從外部語音芯片獲取采集 數(shù)據(jù)、 編碼、 解碼、 把解碼后的數(shù)據(jù)送到外部語音芯片播放。 本系統(tǒng)采用 TI BIOS 嵌入式實時操作系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了硬件驅(qū)動程序和上層應用程序，最后 測試了實現(xiàn)結(jié)果。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖所示。 Swiecho SWI andn1 SWI andn2 rxPip txPip Codec Input AIC 10 Driver Codec Output 3設(shè)計總結(jié) 從實驗仿真中可以得到，重建語音與原始語音的頻率峰值完全相同，都在 4687 5Hz，這表示 G.729A 的 LPC 參數(shù)分析和基音頻率估計是非常正確的，但 是