第1章-如何開始DSP的學(xué)習(xí)與開發(fā)

DSP原理(yuánlǐ)及應(yīng)用共六十四頁參考書1顧衛(wèi)鋼，手把手教你學(xué)DSP—基于TMS320X281X，北京航空航天大學(xué)出版社2三恒星科技，TMS320F2812DSP原理與應(yīng)用實(shí)例，電子工業(yè)出版社3李剛，數(shù)字信號微處理器的原理與開發(fā)，天津大學(xué)出版社，20044張雄偉，曹鐵勇編著，DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用（第2版），電子工業(yè)出版社，20005王念旭編著，DSP基礎(chǔ)(jīchǔ)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，北京航空航天大學(xué)出版社，2001共六十四頁主講(zhǔjiǎng)內(nèi)容1如何開始DSP的學(xué)習(xí)和開發(fā)2TMS320X2812的結(jié)構(gòu)資源及性能3TMS320X281x的硬件設(shè)計(jì)4如何構(gòu)建一個(gè)完整的工程5CCS3.3的常用操作6使用(shǐyòng)C語言操作DSP的寄存器7存儲(chǔ)器的結(jié)構(gòu)/映像及CMD文件的編寫8X281x的時(shí)鐘和系統(tǒng)控制9通用輸入/輸出多路復(fù)用器GPIO10CPU定時(shí)器11X2812的中斷系統(tǒng)共六十四頁第1章如何開始(kāishǐ)DSP的學(xué)習(xí)和開發(fā)1.1DSP基礎(chǔ)知識(shí)1.2DSP芯片1.3DSP系統(tǒng)1.4DSP產(chǎn)品簡介1.5DSP開發(fā)平臺(tái)(píngtái)1.6如何學(xué)好DSP？共六十四頁1.1DSP基礎(chǔ)知識(shí)DSP的前身是TI公司設(shè)計(jì)的用于玩具(wánjù)上的一款芯片，經(jīng)過二三十年的發(fā)展，在許多科學(xué)家和工程師的努力之下，如今DSP已經(jīng)成為數(shù)字化信息時(shí)代的核心引擎，被廣泛應(yīng)用于通信、家電、航空航天、工業(yè)測量、控制、生物醫(yī)學(xué)工程以及軍事等許許多多需要實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的領(lǐng)域。共六十四頁1.1.1什么(shénme)是DSP？DSP=DigitalSignalProcessingDSP=DigitalSignalProcessor共六十四頁1.1.3DSP與MCU/ARM/FPGA的區(qū)別(qūbié)DSP數(shù)字信號處理MCU單片機(jī)，價(jià)格便宜ARM擅長跑系統(tǒng)、界面。手持設(shè)備市場占有份額高。FPGA現(xiàn)場可編程邏輯(luójí)陣列，開發(fā)數(shù)字電路，提高系統(tǒng)可靠性。價(jià)格昂貴復(fù)雜應(yīng)用場合，采用多個(gè)處理器同時(shí)運(yùn)行，取長補(bǔ)短。共六十四頁1.2DSP芯片(xīnpiàn)1.2.1DSP芯片(xīnpiàn)的發(fā)展概況

DSP芯片誕生于20世紀(jì)70年代末，至今已經(jīng)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并經(jīng)歷了以下三個(gè)階段。第一階段，DSP的雛形階段（1980年前后）。

1978年AMI公司生產(chǎn)出第一片DSP芯片S2811。

1979年美國Intel公司發(fā)布了商用可編程DSP器件Intel2920,由于內(nèi)部沒有單周期的硬件乘法器，使芯片的運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力和運(yùn)算精度受到了很大的限制。運(yùn)算速度大約為單指令周期200~250ns，應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事或航空航天部門。這個(gè)時(shí)期的代表性器件主要有：Intel2920（Intel）、

PD7720（NEC）、TMS32010（TI）、DSP16（AT&T）、S2811（AMI）、ADSp—21（AD）等。共六十四頁1.2DSP芯片(xīnpiàn)1.2.1DSP芯片(xīnpiàn)的發(fā)展概況

第二階段，DSP的成熟階段（1990年前后）。

這個(gè)時(shí)期的DSP器件在硬件結(jié)構(gòu)上更適合數(shù)字信號處理的要求，能進(jìn)行硬件乘法、硬件FFT變換和單指令濾波處理，其單指令周期為80~100ns。如TI公司的TMS320C20，它是該公司的第二代DSP器件,采用了CMOS制造工藝，其存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度成倍提高，為語音處理、圖像硬件處理技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)80年代后期，以TI公司的TMS320C30為代表的第三代DSP芯片問世，伴隨著運(yùn)算速度的進(jìn)一步提高，其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。這個(gè)時(shí)期的器件主要有:TI公司的TMS320C20、30、40、50系列，Motorola公司的DSP5600、9600系列，AT&T公司的DSP32等。共六十四頁1.2.1DSP芯片的發(fā)展(fāzhǎn)概況

第三階段，DSP的完善(wánshàn)階段（2000年以后）。

這一時(shí)期各DSP制造商不僅使信號處理能力更加完善,而且使系統(tǒng)開發(fā)更加方便、程序編輯調(diào)試更加靈活、功耗進(jìn)一步降低、成本不斷下降。尤其是各種通用外設(shè)集成到片上,大大地提高了數(shù)字信號處理能力。這一時(shí)期的DSP運(yùn)算速度可達(dá)到單指令周期10ns左右，可在Windows環(huán)境下直接用C語言編程,使用方便靈活，使DSP芯片不僅在通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且逐漸滲透到人們?nèi)粘ＯM(fèi)領(lǐng)域。目前,DSP芯片的發(fā)展非常迅速。硬件方面主要是向多處理器的并行處理結(jié)構(gòu)、便于外部數(shù)據(jù)交換的串行總線傳輸、大容量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驅(qū)動(dòng)能力、外圍電路內(nèi)裝化、低功耗等方面發(fā)展。軟件方面主要是綜合開發(fā)平臺(tái)的完善，使DSP的應(yīng)用開發(fā)更加靈活方便。1.2DSP芯片共六十四頁500K50K集成晶體管數(shù)0.45mW/MIPS12.5mW/MIPS250mW/MIPS功耗$5.00~$25.00$15.00$150.00價(jià)格16K字4K字1.5K字內(nèi)部ROM32K字1K字144字內(nèi)部RAM100MHz80MHz20MHzMHz100MIPS40MIPS5MIPSMIPS0.3μmCMOS0.8μmCMOS4μmNMOS制造工藝1999年1992年1982年年份芯片(xīnpiàn)發(fā)展簡表共六十四頁1.2.2DSP芯片(xīnpiàn)的特點(diǎn)

數(shù)字信號處理不同于普通的科學(xué)計(jì)算與分析，它強(qiáng)調(diào)運(yùn)算的實(shí)時(shí)性。除了具備普通微處理器所強(qiáng)調(diào)的高速(ɡāosù)運(yùn)算和控制能力外,針對實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理的特點(diǎn),在處理器的結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、指令流程上作了很大的改進(jìn),其主要特點(diǎn)如下：1．采用哈佛結(jié)構(gòu)

DSP芯片普遍采用數(shù)據(jù)總線和程序總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)或改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),比傳統(tǒng)處理器的馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)有更快的指令執(zhí)行速度。1.2DSP芯片共六十四頁

1．采用(cǎiyòng)哈佛結(jié)構(gòu)

(1)馮·諾伊曼（VonNeuman）結(jié)構(gòu)(jiégòu)

該結(jié)構(gòu)采用單存儲(chǔ)空間，即程序指令和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，使用單一的地址和數(shù)據(jù)總線，取指令和取操作數(shù)都是通過一條總線分時(shí)進(jìn)行。當(dāng)進(jìn)行高速運(yùn)算時(shí)，不但不能同時(shí)進(jìn)行取指令和取操作數(shù)，而且還會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸通道的瓶頸現(xiàn)象，其工作速度較慢。1.2DSP芯片共六十四頁CPU程序(chéngxù)存儲(chǔ)器控制(kòngzhì)命令地址線程序總線數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制命令地址線數(shù)據(jù)總線共六十四頁

1．采用(cǎiyòng)哈佛結(jié)構(gòu)

(1)馮·諾伊曼（VonNeuman）結(jié)構(gòu)(jiégòu)

圖1.2.1馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)CPUI/O口ROM串行接口RAM并行接口外部存儲(chǔ)器接口地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB1.2DSP芯片共六十四頁

1．采用(cǎiyòng)哈佛結(jié)構(gòu)

（2）哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)(jiégòu)

該結(jié)構(gòu)采用雙存儲(chǔ)空間，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開，有各自獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，可獨(dú)立編址和獨(dú)立訪問，可對程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立傳輸，使取指令操作、指令執(zhí)行操作、數(shù)據(jù)吞吐并行完成，大大地提高了數(shù)據(jù)處理能力和指令的執(zhí)行速度，非常適合于實(shí)時(shí)的數(shù)字信號處理。微處理器的哈佛結(jié)構(gòu)如圖1.2.2所示。1.2DSP芯片共六十四頁

1．采用(cǎiyòng)哈佛結(jié)構(gòu)

（2）哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)(jiégòu)

外部管理數(shù)據(jù)總線外部管理地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)地址總線程序數(shù)據(jù)總線程序地址總線CPUI/O口ROM串行接口RAM并行接口外部存儲(chǔ)器接口圖1.2.2哈佛結(jié)構(gòu)外部管理數(shù)據(jù)總線外部管理地址總線數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)地址總線程序數(shù)據(jù)總線程序地址總線1.2DSP芯片共六十四頁

1．采用(cǎiyòng)哈佛結(jié)構(gòu)

（3）改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)(jiégòu)

改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)是采用雙存儲(chǔ)空間和數(shù)條總線，即一條程序總線和多條數(shù)據(jù)總線。其特點(diǎn)如下：①允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互傳送數(shù)據(jù),使這些數(shù)據(jù)可以由算術(shù)運(yùn)算指令直接調(diào)用,增強(qiáng)芯片的靈活性；②提供了存儲(chǔ)指令的高速緩沖器（cache）和相應(yīng)的指令,當(dāng)重復(fù)執(zhí)行這些指令時(shí),只需讀入一次就可連續(xù)使用，不需要再次從程序存儲(chǔ)器中讀出,從而減少了指令執(zhí)行作需要的時(shí)間。如：TMS320C6200系列的DSP,整個(gè)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器都可以配制成高速緩沖結(jié)構(gòu)。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.2DSP芯片(xīnpiàn)的特點(diǎn)

2．采用(cǎiyòng)多總線結(jié)構(gòu)DSP芯片都采用多總線結(jié)構(gòu)，可同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，并由輔助寄存器自動(dòng)增減地址進(jìn)行尋址，使CPU在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可多次對程序空間和數(shù)據(jù)空間進(jìn)行訪問，大大地提高了DSP的運(yùn)行速度。如：TMS320C54x系列內(nèi)部有P、C、D、E等4組總線，每組總線中都有地址總線和數(shù)據(jù)總線，這樣在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以完成如下操作：

①從程序存儲(chǔ)器中取一條指令；

②從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀兩個(gè)操作數(shù)；

③向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫一個(gè)操作數(shù)。

1.2DSP芯片共六十四頁1.2.2DSP芯片(xīnpiàn)的特點(diǎn)

3．采用(cǎiyòng)流水線技術(shù)

每條指令可通過片內(nèi)多功能單元完成取指、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行等多個(gè)步驟，實(shí)現(xiàn)多條指令的并行執(zhí)行，從而在不提高系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的條件下減少每條指令的執(zhí)行時(shí)間。其過程如圖1.2.3所示。時(shí)鐘取指令指令譯碼取操作數(shù)執(zhí)行指令T1T2T3T4NN-1N-2N-3N+1NN-1N-2N+2N+1NN-1N+3N+2N+1N圖1.2.3四級流水線操作利用這種流水線結(jié)構(gòu)，加上執(zhí)行重復(fù)操作，就能保證在單指令周期內(nèi)完成數(shù)字信號處理中用得最多的乘法-累加運(yùn)算。如：1.2DSP芯片共六十四頁1.2.2DSP芯片(xīnpiàn)的特點(diǎn)

4.配有專用(zhuānyòng)的硬件乘法-累加器

為了適應(yīng)數(shù)字信號處理的需要，當(dāng)前的DSP芯片都配有專用的硬件乘法-累加器，可在一個(gè)周期內(nèi)完成一次乘法和一次累加操作，從而可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的乘法-累加操作。如矩陣運(yùn)算、FIR和IIR濾波、FFT變換等專用信號的處理。5.具有特殊的DSP指令

為了滿足數(shù)字信號處理的需要，在DSP的指令系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一些完成特殊功能的指令。如：TMS320C54x中的FIRS和LMS指令，專門用于完成系數(shù)對稱的FIR濾波器和LMS算法。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.2DSP芯片(xīnpiàn)的特點(diǎn)

6．快速(kuàisù)的指令周期

由于采用哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的指令以及集成電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使指令周期可在20ns以下。如：TMS320C54x的運(yùn)算速度為100MIPS，即100百萬條/秒,TMS320F2812的運(yùn)算速度為150MIPS。7．硬件配置強(qiáng)

新一代的DSP芯片具有較強(qiáng)的接口功能，除了具有串行口、定時(shí)器、主機(jī)接口（HPI）、DMA控制器、軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器等片內(nèi)外設(shè)外，還配有中斷處理器、PLL、片內(nèi)存儲(chǔ)器、測試接口等單元電路，可以方便地構(gòu)成一個(gè)嵌入式自封閉控制的處理系統(tǒng)。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.2DSP芯片(xīnpiàn)的特點(diǎn)

8．支持(zhīchí)多處理器結(jié)構(gòu)

為了滿足多處理器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，許多DSP芯片都采用支持多處理器的結(jié)構(gòu)。如：TMS320C40提供了6個(gè)用于處理器間高速通信的32位專用通信接口，使處理器之間可直接對通，應(yīng)用靈活、使用方便；9．省電管理和低功耗DSP功耗一般為0.5~4W，若采用低功耗技術(shù)可使功耗降到0.25W，可用電池供電，適用于便攜式數(shù)字終端設(shè)備。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.3DSP芯片(xīnpiàn)的分類

為了(wèile)適應(yīng)數(shù)字信號處理各種各樣的實(shí)際應(yīng)用，DSP廠商生產(chǎn)出多種類型和檔次的DSP芯片。在眾多的DSP芯片中，可以按照下列3種方式進(jìn)行分類。

1.按基礎(chǔ)特性分類

2.

按用途分類

3.按數(shù)據(jù)格式分類1.2DSP芯片共六十四頁1.2.3DSP芯片(xīnpiàn)的分類1．按基礎(chǔ)(jīchǔ)特性分類

這種分類是依據(jù)DSP芯片的工作時(shí)鐘和指令類型進(jìn)行的?？煞譃殪o態(tài)DSP芯片和一致性DSP芯片。

如果DSP芯片在某時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的任何頻率上都能正常工作，除計(jì)算速度有變化外，沒有性能的下降，這類DSP芯片一般稱之為靜態(tài)DSP芯片。例如，TI公司的TMS320系列芯片、日本OKI電氣公司的DSP芯片都屬于這一類芯片。

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)器代碼及管腳結(jié)構(gòu)相互兼容，則這類DSP芯片被稱之為一致性的DSP芯片。例如，TI公司的TMS320C54x。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.3DSP芯片(xīnpiàn)的分類2.

按用途(yòngtú)分類

按照用途，可將DSP芯片分為通用型和專用型兩大類。

通用型DSP芯片：一般是指可以用指令編程的DSP芯片，適合于普通的DSP應(yīng)用，具有可編程性和強(qiáng)大的處理能力，可完成復(fù)雜的數(shù)字信號處理的算法。

專用型DSP芯片：是為特定的DSP運(yùn)算而設(shè)計(jì)，通常只針對某一種應(yīng)用，相應(yīng)的算法由內(nèi)部硬件電路實(shí)現(xiàn)，適合于數(shù)字濾波、FFT、卷積和相關(guān)算法等特殊的運(yùn)算。主要用于要求信號處理速度極快的特殊場合。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.3DSP芯片(xīnpiàn)的分類3．按數(shù)據(jù)格式分類(fēnlèi)

根據(jù)芯片工作的數(shù)據(jù)格式，按其精度或動(dòng)態(tài)范圍，可將通用DSP劃分為定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP兩類。

若數(shù)據(jù)以定點(diǎn)格式工作的——定點(diǎn)DSP芯片。若數(shù)據(jù)以浮點(diǎn)格式工作的——浮點(diǎn)DSP芯片。

不同的浮點(diǎn)DSP芯片所采用的浮點(diǎn)格式有所不同，有的DSP芯片采用自定義的浮點(diǎn)格式，有的DSP芯片則采用IEEE的標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式。1.2DSP芯片共六十四頁共六十四頁1.2.4DSP芯片(xīnpiàn)的應(yīng)用

隨著DSP芯片價(jià)格的下降，性能價(jià)格比的提高，DSP芯片具有巨大的應(yīng)用(yìngyòng)潛力。

主要應(yīng)用：

1.信號處理

2.通信

3.語音

4.圖像處理

5.軍事

6.儀器儀表

7.自動(dòng)控制

8.醫(yī)療工程

9.家用電器

10.計(jì)算機(jī)如：數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅氏變換、Hilbert變換、相關(guān)運(yùn)算、頻譜分析、卷積、模式匹配、窗函數(shù)、波形產(chǎn)生等；

如：調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消、多路復(fù)用、傳真、擴(kuò)頻通信、移動(dòng)通信、糾錯(cuò)編譯碼、可視電話、路由器等；如：語音編碼、語音合成、語音識(shí)別、語音增強(qiáng)、語音郵件、語音存儲(chǔ)、文本—語音轉(zhuǎn)換等；如：二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像鑒別、圖像增強(qiáng)、圖像轉(zhuǎn)換、模式識(shí)別、動(dòng)畫、電子地圖、機(jī)器人視覺等；

如：保密通信雷達(dá)處理聲納處理導(dǎo)航導(dǎo)彈制導(dǎo)電子對抗全球定位GPS

搜索與跟蹤情報(bào)收集與處理等如：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、鎖相環(huán)、模態(tài)分析、暫態(tài)分析、石油/地質(zhì)勘探、地震預(yù)測與處理等；如：引擎控制聲控發(fā)動(dòng)機(jī)控制自動(dòng)駕駛機(jī)器人控制磁盤/光盤伺服控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等如：助聽器

X-射線掃描心電圖/腦電圖超聲設(shè)備核磁共振診斷工具病人監(jiān)護(hù)等如：高保真音響音樂合成音調(diào)控制玩具與游戲數(shù)字電話/電視高清晰度電視HDTV

變頻空調(diào)機(jī)頂盒等如：陣列處理器圖形加速器工作站多媒體計(jì)算機(jī)等1.2DSP芯片共六十四頁1.2.5DSP芯片的發(fā)展現(xiàn)狀(xiànzhuàng)和趨勢1．DSP芯片(xīnpiàn)的現(xiàn)狀（1）制造工藝

早期DSP采用4

m的NMOS工藝?，F(xiàn)在的DSP芯片普遍采用0.25

m或0.18

m亞微米的CMOS工藝。芯片引腳從原來的40個(gè)增加到200個(gè)以上，需要設(shè)計(jì)的外圍電路越來越少，成本、體積和功耗不斷下降。（2）存儲(chǔ)器容量

早期的DSP芯片，其片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只有幾百個(gè)單元。目前，片內(nèi)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可達(dá)到幾十K字，而片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可達(dá)到16M

48位和4G

40位以上。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.5DSP芯片的發(fā)展(fāzhǎn)現(xiàn)狀和趨勢1．DSP芯片(xīnpiàn)的現(xiàn)狀（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)

目前，DSP內(nèi)部均采用多總線、多處理單元和多級流水線結(jié)構(gòu)，加上完善的接口功能，使DSP的系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)處理能力和與外部設(shè)備的通信功能都有了很大的提高。（4）運(yùn)算速度

近20年的發(fā)展，使DSP的指令周期從400ns縮短到10ns以下，其相應(yīng)的速度從2.5MIPS提高到2000MIPS以上。如TMS320C6201執(zhí)行一次1024點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT運(yùn)算的時(shí)間只有66s。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.5DSP芯片的發(fā)展(fāzhǎn)現(xiàn)狀和趨勢1．DSP芯片(xīnpiàn)的現(xiàn)狀（5）高度集成化

集濾波、A/D、D/A、ROM、RAM和DSP內(nèi)核于一體的模擬混合式DSP芯片已有較大的發(fā)展和應(yīng)用。（6）運(yùn)算精度和動(dòng)態(tài)范圍DSP的字長從8位已增加到32位，累加器的長度也增加到40位，從而提高了運(yùn)算精度。同時(shí)，采用超長字指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)和高性能的浮點(diǎn)運(yùn)算，擴(kuò)大了數(shù)據(jù)處理的動(dòng)態(tài)范圍。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.5DSP芯片的發(fā)展(fāzhǎn)現(xiàn)狀和趨勢1．DSP芯片(xīnpiàn)的現(xiàn)狀（7）開發(fā)工具

具有較完善的軟件和硬件開發(fā)工具，如：軟件仿真器Simulator、在線仿真器Emulator、C編譯器和集成開發(fā)環(huán)境CCS等，給開發(fā)應(yīng)用帶來很大方便。CCS是TI公司針對本公司的DSP產(chǎn)品開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境。它集成了代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能，而且支持C/C++和匯編的混合編程。開放式的結(jié)構(gòu)允許外擴(kuò)用戶自身的模塊。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.5DSP芯片(xīnpiàn)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢2．國內(nèi)DSP的發(fā)展(fāzhǎn)現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)以后，中國新興的數(shù)字消費(fèi)類電子產(chǎn)品進(jìn)入增長期，市場呈現(xiàn)高增長態(tài)勢，普及率大幅度提高，從而帶動(dòng)了DSP市場的高速發(fā)展。此外，計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的數(shù)字化融合也為DSP提供了進(jìn)一步的發(fā)展機(jī)會(huì)。

隨著中國數(shù)字消費(fèi)類產(chǎn)品需求的大幅增長，以及DSP對數(shù)字信號高速運(yùn)算與同步處理能力的提高，DSP的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅饾u從移動(dòng)電話領(lǐng)域擴(kuò)展到新型數(shù)字消費(fèi)類領(lǐng)域。

應(yīng)用：用于圖像壓縮與傳輸?shù)葓D像信號的處理，語音的編碼、合成、識(shí)別和高保真等語音信號的處理以及通信信號的調(diào)制解調(diào)、加密、多路復(fù)用、擴(kuò)頻、糾錯(cuò)編碼等處理。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.5DSP芯片的發(fā)展(fāzhǎn)現(xiàn)狀和趨勢3．DSP技術(shù)(jìshù)的發(fā)展趨勢

未來的10年，全球DSP產(chǎn)品將向著高性能、低功耗、加強(qiáng)融合和拓展多種應(yīng)用的趨勢發(fā)展，DSP芯片將越來越多地滲透到各種電子產(chǎn)品當(dāng)中，成為各種電子產(chǎn)品尤其是通信類電子產(chǎn)品的技術(shù)核心。DSP技術(shù)將會(huì)有以下一些發(fā)展趨勢：（1）DSP的內(nèi)核結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步改善

多通道結(jié)構(gòu)和單指令多重?cái)?shù)據(jù)（SIMD）、特大指令字組（VLIM）將在新的高性能處理器中占主導(dǎo)地位，如AD公司的ADSP-2116x。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.5DSP芯片的發(fā)展(fāzhǎn)現(xiàn)狀和趨勢3．DSP技術(shù)(jìshù)的發(fā)展趨勢（2）DSP和微處理器的融合

微處理器MPU：是一種執(zhí)行智能定向控制任務(wù)的通用處理器，它能很好地執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是對數(shù)字信號的處理功能很差。DSP處理器：具有高速的數(shù)字信號處理能力。

在許多應(yīng)用中均需要同時(shí)具有智能控制和數(shù)字信號處理兩種功能。將DSP和微處理器結(jié)合起來，可簡化設(shè)計(jì)，加速產(chǎn)品的開發(fā)，減小PCB體積，降低功耗和整個(gè)系統(tǒng)的成本。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.5DSP芯片(xīnpiàn)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢3．DSP技術(shù)(jìshù)的發(fā)展趨勢（3）DSP和高檔CPU的融合

大多數(shù)高檔MCU，如Pentium和PowerPC都是SIMD指令組的超標(biāo)量結(jié)構(gòu)，速度很快。在DSP中融入高檔CPU的分支預(yù)示和動(dòng)態(tài)緩沖技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)規(guī)范，利于編程，不用進(jìn)行指令排隊(duì)，使DSP性能大幅度提高。（4）DSP和SOC的融合SOC是指把一個(gè)系統(tǒng)集成在一塊芯片上。這個(gè)系統(tǒng)包括DSP和系統(tǒng)接口軟件等。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.5DSP芯片(xīnpiàn)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢3．DSP技術(shù)(jìshù)的發(fā)展趨勢（5）DSP和FPGA的融合FPGA是現(xiàn)場可編程門陣列器件。它和DSP集成在一塊芯片上，可實(shí)現(xiàn)寬帶信號處理，大大提高信號處理速度。（6）實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS與DSP的結(jié)合

隨著DSP處理能力的增強(qiáng)，DSP系統(tǒng)越來越復(fù)雜，使得軟件的規(guī)模越來越大，往往需要運(yùn)行多個(gè)任務(wù)，各任務(wù)間的通信、同步等問題就變得非常突出。隨著DSP性能和功能的日益增強(qiáng)，對DSP應(yīng)用提供RTOS的支持已成為必然的結(jié)果。1.2DSP芯片共六十四頁1.2.5DSP芯片的發(fā)展現(xiàn)狀(xiànzhuàng)和趨勢3．DSP技術(shù)(jìshù)的發(fā)展趨勢（7）DSP的并行處理結(jié)構(gòu)

為了提高DSP芯片的運(yùn)算速度，各DSP廠商紛紛在DSP芯片中引入并行處理機(jī)制。這樣，可以在同一時(shí)刻將不同的DSP與不同的任一存儲(chǔ)器連通，大大提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?。?）功耗越來越低

隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和先進(jìn)的電源管理設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，DSP芯片內(nèi)核的電源電壓將會(huì)越來越低。1.2DSP芯片共六十四頁1.3DSP系統(tǒng)(xìtǒng)

1.3.1DSP系統(tǒng)(xìtǒng)的構(gòu)成

一個(gè)典型的DSP系統(tǒng)應(yīng)包括抗混疊濾波器、數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字信號處理器DSP、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器等組成。

x(t)抗混疊濾波器A/D轉(zhuǎn)換器x(n)y(n)y(t)數(shù)字信號處理器D/A轉(zhuǎn)換器低通濾波器共六十四頁

DSP系統(tǒng)(xìtǒng)的處理過程：①將輸入信號x(t)進(jìn)行抗混疊濾波(lǜbō)，濾掉高于折疊頻率的分量，以防止信號頻譜的混疊；②經(jīng)采樣和A/D轉(zhuǎn)換器，將濾波后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號x(n)；③數(shù)字信號處理器對x(n)進(jìn)行處理，得數(shù)字信號y(n)；④經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器，將y(n)轉(zhuǎn)換成模擬信號；⑤經(jīng)低通濾波器，濾除高頻分量，得到平滑的模擬信號y(t)。1.3DSP系統(tǒng)共六十四頁血壓計(jì)1.3.1DSP系統(tǒng)(xìtǒng)的構(gòu)成

共六十四頁電機(jī)(diànjī)控制器共六十四頁功率(gōnglǜ)因數(shù)校正I/V測量(cèliáng)CPU穩(wěn)壓源電源存儲(chǔ)器功率轉(zhuǎn)換電機(jī)驅(qū)動(dòng)器傳感器共六十四頁雷達(dá)(léidá)共六十四頁存儲(chǔ)器主CPU內(nèi)部(nèibù)測量數(shù)據(jù)(shùjù)轉(zhuǎn)換信號調(diào)理專用電路通訊接口控制器D/A電機(jī)從CPU存儲(chǔ)專用電路共六十四頁1.3.2DSP系統(tǒng)(xìtǒng)的特點(diǎn)

（1）接口方便（2）編程方便（3）具有(jùyǒu)高速性（4）穩(wěn)定性好（5）精度高（6）可重復(fù)性好（7）集成方便1.3DSP系統(tǒng)共六十四頁1.3.3DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(shèjì)過程

DSP應(yīng)用(yìngyòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程如圖所示根據(jù)需求寫出任務(wù)書確定設(shè)計(jì)目標(biāo)算法研究和系統(tǒng)模擬實(shí)現(xiàn)定義系統(tǒng)性能指標(biāo)選擇DSP芯片和外圍芯片硬件設(shè)計(jì)硬件調(diào)試軟件設(shè)計(jì)軟件調(diào)試系統(tǒng)集成和測試設(shè)計(jì)步驟分幾個(gè)階段：

（1）明確設(shè)計(jì)任務(wù)，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)（2）算法模擬，確定性能指標(biāo)（3）選擇DSP芯片和外圍芯片（4）設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)的DSP應(yīng)用系統(tǒng)（5）硬件和軟件調(diào)試（6）系統(tǒng)集成和測試1.3DSP系統(tǒng)共六十四頁1.3.4DSP芯片(xīnpiàn)的選擇

在進(jìn)行DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的DSP芯片是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。通常依據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)算速度、運(yùn)算精度和存儲(chǔ)器的需求等來選擇DSP芯片。一般來說，選擇DSP芯片時(shí)應(yīng)考慮如下(rúxià)一些因素：

1．DSP芯片的運(yùn)算速度

2．DSP芯片的價(jià)格

3．DSP芯片的運(yùn)算精度

4．DSP芯片的硬件資源

5．DSP芯片的開發(fā)工具

6．DSP芯片的功耗

7．其它因素

1.3DSP系統(tǒng)共六十四頁1.3.4DSP芯片(xīnpiàn)的選擇

2．DSP芯片(xīnpiàn)的價(jià)格DSP芯片的價(jià)格也是選擇DSP芯片所需考慮的一個(gè)重要因素。

在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的應(yīng)用情況來選擇一個(gè)價(jià)格適中的DSP芯片。

3．DSP芯片的運(yùn)算精度

運(yùn)算精度取決于DSP芯片的字長。定點(diǎn)DSP芯片的字長通常為16位和24位。浮點(diǎn)DSP芯片的字長一般為32位。1.3DSP系統(tǒng)

1．DSP芯片的運(yùn)算速度共六十四頁

4．DSP芯片(xīnpiàn)的硬件資源DSP芯片的硬件資源主要包括：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(jiēkǒu)，I/O接口等。不同的DSP芯片所提供的硬件資源是不相同的，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要，考慮芯片的硬件資源。

5．DSP芯片的開發(fā)工具

快捷、方便的開發(fā)工具和完善的軟件支持是開發(fā)大型、復(fù)雜DSP應(yīng)用系統(tǒng)的必備條件。在選擇DSP芯片的同時(shí)必須注意開發(fā)工具對芯片的支持，包括軟件和硬件的開發(fā)工具等。1.3DSP系統(tǒng)共六十四頁

6．DSP芯片(xīnpiàn)的功耗

在某些(mǒuxiē)DSP應(yīng)用場合，功耗也是一個(gè)需要特別注意的問題。如便攜式的DSP設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用的DSP設(shè)備等都對功耗有特殊的要求。

7．其它因素

選擇DSP芯片還應(yīng)考慮封裝的形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況、生命周期等。1.3DSP系統(tǒng)共六十四頁1.4DSP產(chǎn)品簡介

目前，在生產(chǎn)通用(tōngyòng)DSP的廠家中，最有影響的公司有：

AD公司

AT&T公司（現(xiàn)在的Lucent公司）

Motorola公司

TI公司（美國德州儀器公司）

NEC公司。共六十四頁1．AD公司(ɡōnɡsī)

定點(diǎn)(dìnɡdiǎn)DSP：ADSP21xx系列

16bit40MIPS；浮點(diǎn)DSP：

ADSP21020系列

32bit25MIPS；并行浮點(diǎn)DSP：ADSP2106x系列

32bit40MIPS；超高性能DSP：ADSP21160系列32bit100MIPS。2．AT&T公司

定點(diǎn)DSP：DSP16系列

16bit40MIPS；浮點(diǎn)DSP：DSP32系列32bit12.5MIPS。

1.4DSP產(chǎn)品簡介共六十四頁3．Motorola公司(ɡōnɡsī)

定點(diǎn)(dìnɡdiǎn)DSP：DSP56000系列

24bit16MIPS；浮點(diǎn)DSP：DSP96000系列32bit27MIPS。

4．NEC公司

定點(diǎn)DSP：

PD77Cxx系列

16bit；

PD770xx系列

16bit；

PD772xx系列24bit或32bit。

1.4DSP產(chǎn)品簡介共六十四頁5．TI公司(ɡōnɡsī)

該公司自1982年推出第一款定點(diǎn)DSP芯片以來，相繼(xiāngjì)推出定點(diǎn)、浮點(diǎn)和多處理器三類運(yùn)算特性不同的DSP芯片，共計(jì)已發(fā)展了七代產(chǎn)品。其中，定點(diǎn)運(yùn)算單處理器的DSP有七個(gè)系列，浮點(diǎn)運(yùn)算單處理器的DSP有三個(gè)系列，多處理器的DSP有一個(gè)系列。主要按照DSP的處理速度、運(yùn)算精度和并行處理能力分類，每一類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)相同，只是片內(nèi)存儲(chǔ)器和片內(nèi)外設(shè)配置不同。

1.4DSP