第1章绪论(精品).ppt

DSP技技术术及及应应用用 前导课程:微机原理,单片机原理,数字信号处理理论教学：32学时实验：16学时一一DSP概念及相关知识简介概念及相关知识简介1.DSP与与DSP技术技术 1 1）DSP(DigitalSignalProcessing)-数字信号处理的理论和方法。数字信号处理的理论和方法。2 2）DSP(DigitalSignalProcessor)-用用于于数数字字信信号号处处理理的的可可编编程程微处理器。微处理器。DSP技术技术(DigitalSignalProcess)-是利用专门或通用数是利用专门或通用数字信号处理芯片，通过数字计算的方法对信号进处理的方法与技字信号处理芯片，通过数字计算的方法对信号进处理的方法与技术。术。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.1 1.1 概述概述2.CPU、MCU、DSP区别与联系区别与联系20世世纪纪70年年代代微微处处理理器器问问世世以以来来，一一直直沿沿着着3个个方方向向发发展展。这这三三类类微微处处理理器器各各有有其其特特点点。虽虽然然在在技技术术上上不不断断借借鉴鉴和和交交融融，但但又又有有各自不同的应用领域。各自不同的应用领域。CPU：微型计算机中央处理器。（如：奔腾等）微型计算机中央处理器。（如：奔腾等）CenterProcessorUnit MCU：单片微型计算机（如单片微型计算机（如MCS-51，MCS-96等）等）MicroControllerUnit(SingleChipMicrocomputer)DSP：可编程的数字信号处理器。可编程的数字信号处理器。DSP(DigitalSignalProcessor第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.1 1.1 概述概述第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.1 1.1 概述概述 3.DSP技术发展的两个领域技术发展的两个领域理理论论：数数字字信信号号处处理理的的理理论论和和方方法法近近年年来来得得到到迅迅速速的的发发展展，为为各各种种实实时时处处理理的的应应用用提提供供了了方方法法基基础础。如如：声声音图像压缩编码，加密解密，调制解调，智能天线。音图像压缩编码，加密解密，调制解调，智能天线。应应用用：为为了了满满足足市市场场需需求求，随随着着微微电电子子科科学学与与技技术术的的进进步步，DSP的的性性能能在在迅迅速速提提高高。如如：时时钟钟频频率率达达到到1.1GHZ；处处理理速速度度每每秒秒90亿亿次次，32位位浮浮点点运运算算，吞吞吐吐率达到率达到2Gbit/s两者关系两者关系：理论推动了应用，应用促进理论的发展。：理论推动了应用，应用促进理论的发展。4.DSP的理论基础的理论基础它它以以众众多多的的经经典典理理论论体体系系作作为为自自己己的的理理论论基基础础，同时它又是同时它又是新兴学科新兴学科理论基础。理论基础。经经典典理理论论体体系系：微微积积分分，概概率率统统计计，随随机机过过程程，数值分析，网络理论，通信理论，控制论。数值分析，网络理论，通信理论，控制论。新兴学科：人工智能，模拟识别，神经网络。新兴学科：人工智能，模拟识别，神经网络。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.1 1.1 概述概述5.DSP的实现方法的实现方法PC机机软软件件实实现现。（C语语言言、MATLAB语语言言等等）主主要要用用于于DSP算算法法的的模模拟拟与与仿仿真真，验验证证算算法法的的正正确确性性和和性性能能。优点是灵活方便，缺点是速度较慢。优点是灵活方便，缺点是速度较慢。PC机机+专专用用处处理理机机。专专用用性性强强，应应用用受受到到很很大大的的限限制制，不便于系统的独立运行。不便于系统的独立运行。通通用用单单片片机机（51、96系系列列等等）适适用用于于简简单单的的DSP算算法法，完成一些不太复杂的数字信号处理任务，如数字控制等。完成一些不太复杂的数字信号处理任务，如数字控制等。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.1概述概述5.DSP的实现方法（续一）的实现方法（续一）专专用用DSP芯芯片片。（特特殊殊功功能能：如如：FFT、数数字字滤滤波波、卷卷积积、相相关关等等算算法法）这这种种芯芯片片将将相相应应的的信信号号处处理理算算法法在在芯芯片片内内部部用用硬硬件件实实现现，无无须须进进行行编编程程。处处理理速速度度极极高高，但专用性强，应用受到限制。但专用性强，应用受到限制。通通用用可可编编程程DSP芯芯片片。具具有有更更加加适适合合于于数数字字信信号号处处理理的的软软件件和和硬硬件件资资源源，可可用用于于复复杂杂的的数数字字信信号号处处理理算算法法，特点是灵活、速度快，可实时处理。特点是灵活、速度快，可实时处理。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.1概述概述5.DSP的实现方法（续二）的实现方法（续二）本本课课程程主主要要讨讨论论数数字字信信号号处处理理的的软软硬硬件件实实现现方方法法，即即利利用用数数字字信信号号处处理理器器(DSP(DSP芯芯片片)，通通过过配配置硬件和编程，实现所要求的数字信号处理任务。置硬件和编程，实现所要求的数字信号处理任务。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.1概述概述二二DSP系统的特点（与模拟信号处理系统相比）系统的特点（与模拟信号处理系统相比）接接口口简简单单、方方便便。电电气气特特性性简简单单，数数据据流流采采用用标标准准协议。协议。精精度度高高、抗抗干干扰扰能能力力强强，稳稳定定性性好好。仅仅受受量量化化误误差差，有限字长影响，信噪比高，器件性能影响小。有限字长影响，信噪比高，器件性能影响小。编编程程方方便便、易易于于实实现现复复杂杂算算法法（含含自自适适应应算算法法）。DSP芯片提供高速计算平台，可实现复杂的信号处理。芯片提供高速计算平台，可实现复杂的信号处理。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.1概述概述DSP系统的特点（续一）系统的特点（续一）可可程程控控。当当系系统统的的功功能能和和性性能能发发生生改改变变时时，不不需需要要重重新新设设计计、装装配配、调调试试。如如：数数字字滤滤波波：低低通通、高高通通、带带通通。软件无线电：不同工作模式电台通信。软件无线电：不同工作模式电台通信。虚拟仪器：滤波器、频谱仪等。虚拟仪器：滤波器、频谱仪等。集集成成方方便便。因因为为DSP芯芯片片内内除除DSP芯芯片片还还有有一一定定的的外外围电路。围电路。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.1概述概述第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.2 1.2 可编程可编程DSPDSP芯片芯片三三DSP芯片的结构特点芯片的结构特点（1）改进的哈佛结构改进的哈佛结构（2）多总线结构）多总线结构 多多总总线线结结构构可可以以保保证证在在一一个个机机器器周周期期内内多多次次访访问问程程序空间和数据空间。序空间和数据空间。如如：TMS320C54x内内部部有有P、C、D、E4条条总总线线(每每条条总总线线又又包包括括地地址址总总线线和和数数据据总总线线)，可可以以在在一一个个机机器器周周期期内内从从程程序序存存储储器器取取1条条指指令令、从从数数据据存存储储器器读读2个个操操作作数数和和向向数数据据存存储储器器写写1个个操操作作数数，大大大大提提高高了了DSP的的运行速度。运行速度。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片（3）流水线技术流水线技术 DSPDSP处处理理器器流流水水线线技技术术是是将将各各指指令令的的各各个个步步骤骤重重叠叠起起来来执执行行，而不是一条指令执行完成之后，才开始执行下一条指令。而不是一条指令执行完成之后，才开始执行下一条指令。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片（4）多处理单元）多处理单元DSP内内部部一一般般包包括括多多个个处处理理单单元元，如如算算术术逻逻辑辑运运算算单单元元(ALU)、辅辅助助寄寄存存器器运运算算单单元元(ARAU)、累累加加器器(ACC)及及硬硬件件乘乘法法器器(MUL)等等。它它们们可可以以在在一一个个指指令令周周期内同时进行运算。期内同时进行运算。多多处处理理单单元元结结构构，特特别别适适用用于于大大量量乘乘加加操操作作的的矩矩阵阵运算、运算、滤滤波、波、FFTFFT、ViterbiViterbi译码译码等。等。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.2 1.2 可编程可编程DSPDSP芯片芯片（5）指令周期短、功能强）指令周期短、功能强 采采用用4 mNMOS制制造造工工艺艺，其其运运算算速速度度为为5MIPS(每每秒秒执执行百万条指令行百万条指令)。采采 用用 亚亚 微微 米米 CMOS制制 造造 工工 艺艺，其其 运运 行行 速速 度度 更更 快快。TMS320C54x：运运行行速速度度可可达达100MIPS。TMS320C6203的的时时钟钟为为300MHz，运行速度达到运行速度达到2400MIPS。DSP指指令令功功能能强强大大，一一条条特特殊殊指指令令可可完完成成十十分分复复杂杂的的功功能能。如如：TMS320C54x中中的的FIRS和和LMS指指令令，分分别别用用于于系系数数对对称称的的FIR滤波器和滤波器和LMS算法算法。（6）运算精度高运算精度高 早早期期DSP的的字字长长为为8位位，后后来来逐逐步步提提高高到到16位位、24位位、32位。为防止运算过程中溢出，有的累加器达到位。为防止运算过程中溢出，有的累加器达到40位。位。浮浮点点DSP提提供供了了更更大大的的动动态态范范围围，如如TMS320C3x、TMS320C4x、ADSP21020等。等。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片（7）丰富的外设）丰富的外设 片内具有主机接口片内具有主机接口(HPI)，直接存储器访问控制器直接存储器访问控制器(DMAC)，外部存储器扩展口，外部存储器扩展口，串行通信口，串行通信口，中断处理器，中断处理器，锁相环时钟产生器锁相环时钟产生器 测绘访问口（实现符合测绘访问口（实现符合IEEE1149.1标准在片仿真）标准在片仿真）第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片（8）功耗低）功耗低 一般一般DSPDSP芯片功耗为芯片功耗为0.54W。采用低功耗技术的采用低功耗技术的DSP芯片只有芯片只有0.1W，（，（电池供电）电池供电）如如：TMS3205510仅仅0.25mW，特特别别适适用用于于便便携携式式数数字字终端。终端。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片DSP最重要的特点：最重要的特点：特特殊殊的的内内部部结结构构、强强大大的的信信息息处处理理能能力力及及较较高高的的运运行速度行速度。DSP芯片是高性能系统的核心芯片是高性能系统的核心:DSP能能实实时时处处理理大大量量数数据据，特特别别是是在在声声音音、图图像像等等不允许时间延迟领域的应用十分理想。不允许时间延迟领域的应用十分理想。如如：DSP已已成成了了全全球球70%数数字字电电话话的的“心心脏脏”，同同时时DSP在网络领域也有广泛的应用。在网络领域也有广泛的应用。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片2.DSP芯片的分类芯片的分类（1）按用途分类按用途分类通用型通用型DSPDSP芯片（芯片（本课程主要讨论的芯片）本课程主要讨论的芯片）一一般般指指可可以以用用指指令令编编程程的的DSPDSP芯芯片片，适适合合普普通通的的DSPDSP应应用用，如如TITI公司的一系列公司的一系列DSPDSP芯片属于通用型芯片属于通用型DSPDSP芯片。芯片。专用型专用型DSPDSP芯片芯片为为特特定定的的DSPDSP运运算算而而设设计计，如如数数字字滤滤波波、卷卷积积和和FFTFFT等等，通通过过加加载载数数据据、控控制制参参数数或或在在管管脚脚上上加加控控制制信信号号的的方方法法使使其其具具有有有有限限的的可编程能力。如可编程能力。如MotorolaMotorola公司的公司的DSP56200DSP56200。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片2.DSP芯片的分类芯片的分类（2）按数据格式分按数据格式分定点定点DSP数数据据以以定定点点格格式式工工作作的的DSP芯芯片片称称为为定定点点DSP芯芯片片，该芯片简单、成本较低。两种基本表示方法：该芯片简单、成本较低。两种基本表示方法：整整整整数数数数表表表表示示示示方方方方法法法法：主主要要用用于于控控制制操操作作、地地址址计计算算和和其其他非信号处理的应用。他非信号处理的应用。小小小小数数数数表表表表示示示示方方方方法法法法：主主要要用用于于数数字字和和各各种种信信号号处处理理算算法法的计算中。的计算中。定点表示并不意味着一定是整数表示定点表示并不意味着一定是整数表示定点表示并不意味着一定是整数表示定点表示并不意味着一定是整数表示。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片浮点浮点DSP数数据据以以浮浮点点格格式式工工作作的的DSP芯芯片片称称为为浮浮点点DSP芯芯片片，该芯片运算精度高、运行速度快。该芯片运算精度高、运行速度快。浮浮点点数数在在运运算算中中，表表示示数数的的范范围围由由于于其其指指数数可可自自动动调调节节，因因此此可可避避免免数数的的规规格格化化和和溢溢出出等等问问题题。但但浮浮点点DSP一般比定点一般比定点DSP复杂，成本较高。复杂，成本较高。第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片3.DSP芯片芯片的发展及趋势的发展及趋势（1）DSP芯片的发展历程芯片的发展历程 1978年年第一片第一片DSP诞生诞生S2811(Microsystems公司公司AMI子公司子公司)1986年以来得到突飞猛进的发展。年以来得到突飞猛进的发展。现今：生产现今：生产DSP厂家厂家80多个，品种多个，品种300多种。多种。TI公司市场份额：公司市场份额：60%；AD公司市场份额：公司市场份额：15%；Motorola市场份额：市场份额：10%；Lucent市场份额：市场份额：5%；第一章：绪论第一章：绪论_ 1.2可编程可编程DSP芯片芯片第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.2 1.2 可编程可编程DSPDSP芯片芯片（2）TI公司公司DSP芯片简介芯片简介 第一代第一代：TMS32010及其系列产品（及其系列产品（1982年）年）第二代：第二代：TMS32020、TMS320C25/C26/C28 第三代：第三代：TMS320C30/C31/C32，第四代第四代：TMS320C40/C44，第五代第五代：TMS320C50/C51/C52/C53/C54和集多个和集多个DSP于一体的高性能于一体的高性能DSP芯片芯片TMS320C80/C82等等 第六代第六代：TMS320C62x/C67x等。等。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.2 1.2 可编程可编程DSPDSP芯片芯片（3）国内国内DSP的发展的发展概况概况 19831983年引进（年引进（TMS32010TMS32010）我我国国DSPDSP产产品品主主要要来来自自海海外外。TITI公公司司的的产产品品约约占占国国内内DSPDSP市市场场的的90%90%，其其余余为为LucentLucent、ADAD、MotorolaMotorola、ZSPZSP和和NECNEC等公司。等公司。现现状状：DSPDSP开开发发工工具具 /DSPDSP硬硬件件平平台台开开发发 /DSPDSP应应用用软软件开发件开发 国内较知名的公司：北京国内较知名的公司：北京“闻亭闻亭”、“合众达合众达”等。等。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.2 1.2 可编程可编程DSPDSP芯片芯片 国内引入的主流产品：国内引入的主流产品：TMS320F2407(TMS320F2407(电机控制电机控制)TMS320C5409(TMS320C5409(信息处理信息处理)TMS320C6201(TMS320C6201(图像处理图像处理)第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.2 1.2 可编程可编程DSPDSP芯片芯片4.DSP芯片的应用芯片的应用通通用用数数字字信信号号处处理理：滤滤波波、自自适适应应、卷卷积积、FFT、希希伯伯特变换、频谱分析等；特变换、频谱分析等；语音识别与处理语音识别与处理：语音编码：语音编码/会议会议/识别识别/信箱等；信箱等；图图形形/图图像像处处理理：二二维维/三三维维图图形形变变换换、模模式式识识别别、图图像识别、电子地图、机器人视觉等；像识别、电子地图、机器人视觉等；仪器仪表仪器仪表：函数发生器、数据采集等；：函数发生器、数据采集等；第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.2 1.2 可编程可编程DSPDSP芯片芯片4.DSP芯片的应用芯片的应用(续一续一)自动控制自动控制：机器人控制、发动机控制、升空作业等；：机器人控制、发动机控制、升空作业等；医学工程医学工程：心：心/脑电图、监护、超声、脑电图、监护、超声、X射线扫描等；射线扫描等；家家用用电电器器：HDTV(高高清清度度电电视视)、高高保保真真音音响响、数数字字电电话、电子玩具等；话、电子玩具等；通通信信：纠纠错错编编/译译码码、自自适适应应均均衡衡、回回波波抵抵消消、同同步步、分集接收、数字调制分集接收、数字调制/解调、扩频通信、软件无线电等；解调、扩频通信、软件无线电等；第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.2 1.2 可编程可编程DSPDSP芯片芯片4.DSP芯片的应用芯片的应用(续二续二)计计算算机机：阵阵列列处处理理器器、图图形形加加速速器器、工工作作站站和和多多媒媒体体计计算机等。算机等。国国防防军军事事：雷雷达达与与声声呐呐信信号号处处理理、导导航航、导导弹弹制制导导、保保密通信、全球定位、电子对抗、情报收集与处理等。密通信、全球定位、电子对抗、情报收集与处理等。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述TITI公司常用的公司常用的DSPDSP芯片可以归纳为芯片可以归纳为三大系列三大系列三大系列三大系列：TMS320C2000TMS320C2000系列系列：TMS320C2xx/C24x/C28xTMS320C2xx/C24x/C28x等；等；TMS320C5000TMS320C5000系列系列：TMS320C54x/C55xTMS320C54x/C55x等等；TMS320C6000TMS320C6000系列系列：TMS320C62x/C67x/C64xTMS320C62x/C67x/C64x。说说说说明明明明：同同一一代代TMS320系系列列DSP产产品品的的CPU结结构构是是相相同同的的，但但其其片片内内存存储储器器及及外外设设电电路路的的配配置置不不一一定定相相同同。一一些些派派生生器器件件，诸诸如如片片内内存存储储器器和和外外设设电电路路的的不不同同组组合合，满满足足了世界电子市场的各种需求。了世界电子市场的各种需求。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述1.C20001.C2000系列简介系列简介TMS320C2000系系列列DSP控控制制器器，具具有有很很好好的的性性能能，集成了集成了Flash存储器、高速存储器、高速A/D、CAN模块等。模块等。C2000系系列列DSP芯芯片片价价格格低低，具具有有较较高高的的性性能能和和适适用用于于数数字字化化控控制制领领域域的的功功能能。因因此此在在工工业业自自动动化化、电电动动机机控制控制、家用电器家用电器和和消费电子消费电子等领域得到广泛应用。等领域得到广泛应用。TITI目前主推目前主推C24xC24x和和C28xC28x两个子系列两个子系列第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述 C24xC24xC24xC24x系系系系列列列列：20MIPS20MIPS或或以以上上，比比传传统统的的1616位位MCUMCU的的性性能能要要高高出出很很多多。使使用用DSPDSP后后，可可以以应应用用自自适适应应控控制制、KalmanKalman滤滤波波、状状态态控控制制等等先先进进的的控控制制算算法法，使使控控制制系系统统的性能大大提高。的性能大大提高。C28xC28xC28xC28x系系系系列列列列：用用于于数数字字控控制制领领域域性性能能最最好好的的DSPDSP芯芯片片。采采用用3232位位的的定定点点DSPDSP核核，最最高高速速度度可可达达400MIPS400MIPS，可可以以在在单单个个指指令令周周期期内内完完成成32323232位位的的乘乘累累加加运运算算，具具有有增增强强的的电电机机控控制制外外设设，高高性性能能A/DA/D和和改改进进的的通通信信接接口口，8GB8GB的的线性地址空间，低压供电线性地址空间，低压供电(3.3V(3.3V外设外设/1.8V CPU/1.8V CPU核核)。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述2.C50002.C5000系列简介系列简介 C5000系列系列DSP芯片包括芯片包括C54x和和C55x两大类两大类 C54xC54x：具具有有高高度度的的操操作作灵灵活活性性和和运运行行速速度度。其其结结构构采采用用改改进进的的哈哈佛佛结结构构，具具有有专专用用硬硬件件逻逻辑辑的的CPU，片片内内存存储器，片内外设，以及一个效率很高的指令集。储器，片内外设，以及一个效率很高的指令集。16位位定定点点DSP，适适应应远远程程通通信信等等实实时时嵌嵌入入式式应应用用的的需需要。要。本课程将以本课程将以C54x为主介绍为主介绍DSP技术，技术，第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述C55x：是是C5000系系列列DSP中中的的子子系系列列，是是从从C54x发发展展起来的，并与之原代码兼容。起来的，并与之原代码兼容。C55x工作在工作在0.9V时，功耗低至时，功耗低至0.005mW/MIPS。工工作作在在400MHz钟钟频频时时，可可达达800MIPS。和和120MHz的的C54相相比比，300MHz的的C55x性性能能提提高高5倍倍，功功耗耗为为C54系列的系列的1/6。因因此此，C55x非非常常适适合合个个人人的的和和便便携携式式的的应应用用，以以及及数字通信设施的应用。数字通信设施的应用。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述举例：举例：DSP在手机中的应用：在手机中的应用：(1)2G手机：手机：基带体系结构由两部分组成基带体系结构由两部分组成DSP/MCUDSP：早早期期的的2G2G手手机机中中，这这些些功功能能由由C54XC54X实实现现，工工作作频频率率约约40MHZ40MHZ。2.5G手手机机中中，这这些些功功能能由由C55X实实现现，工工作作频率约频率约100MHZ第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述MCU：负负责责支支持持手手机机的的用用户户界界面面，并并处处理理通通信信协协议议栈栈中中的上层协议的上层协议 芯芯片片：32位位RISC内内核核：ARM7TDMI，f=10MHZ/40MHZ(2.5G)第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述(2)2.5G手手机机：典典型型例例子子：GPRS（通通用用分分组组无无线线业业务务）利利用用多多个个GSM时时隙隙，通通过过分分组组交交换换，始始终终在在线线的的信信道道，可可以以为为用用户户提提供供高高达达155kbps的的数数据据传传输输速速率率（3G室室内内达达2Mbps）(3)3G手手机机：将将实实时时通通信信功功能能与与用用户户交交互互式式应应用用分分开开，实实现多媒体通信。现多媒体通信。开放式多媒体应用平台开放式多媒体应用平台OMAP-含多个含多个DSP、MCU 动动态态的的应应用用环环境境-可可不不断断将将新新的的应应用用软软件件下下栽栽到到DSP、MCU内内第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述3.C60003.C6000系列简介系列简介 TMS320C6000TMS320C6000系系列列是是TITI公公司司从从19971997年年推推出出。采采用用TITI的的专专利利技技术术VeloiTIVeloiTI和和新新的的超超长长指指令令字字结结构构，性性能能达达到到很很高的水平。高的水平。第第 一一 款款 芯芯 片片 C6201，在在 200MHz钟钟 频频 时时，达达 到到1600MIPS。2000年年以以后后推推出出的的C64x，在在钟钟频频1.1GHz时时，可可以以达达到到8800MIPS以以上上，即即每每秒秒执执行行近近90亿亿条条指指令令。片片内内DMA引擎和引擎和64个独立的通道，使其个独立的通道，使其I/O带宽达到带宽达到2GB/s。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述C6000C6000推出了推出了C62x/C67x/C64xC62x/C67x/C64x等等3 3个子系列个子系列。C62xC62x是是TITI公公司司于于19971997年年开开发发的的一一种种新新型型定定点点DSPDSP芯芯片片。可同时执行可同时执行8 8条指令，其运算能力可达条指令，其运算能力可达2400MIPS2400MIPS。C67xC67x是是一一种种新新型型浮浮点点DSPDSP芯芯片片。可可同同时时执执行行8 8条条指指令令，其运算能力可达其运算能力可达1G FLOPS1G FLOPS。C64xC64x是是C6000C6000系系列列中中最最新新的的高高性性能能定定点点DSPDSP芯芯片片，可可以以提提供供超超过过2GB/s2GB/s的的持持续续带带宽宽。与与C62xC62x相相比比，C64xC64x的的总总性性能提高了能提高了1010倍。倍。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述TMS320C6000TMS320C6000系列主要应用系列主要应用 1)1)数字通信数字通信 适适合合于于FFT/IFFTFFT/IFFT，Read-SolomonRead-Solomon编编解解码码，循循环环回回声声综综合合滤滤波波器器，星星座座编编解解码码，卷卷积积编编码码，ViterbiViterbi解解码码等等信信号处理算法的实时实现。号处理算法的实时实现。如如 ADSL(ADSL(非对称数字用户线非对称数字用户线)，线缆调制解调器线缆调制解调器(cable modem)(cable modem)移移动动通通信信 （移移动动电电话话基基站站、3G3G基基站站里里的的收收发发器器、智智能天线、能天线、）第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.3 TMS320 1.3 TMS320系列系列DSPDSP概述概述 2)2)图像处理图像处理C6000系系列列DSP广广泛泛地地应应用用在在图图像像处处理理领领域域。例例如如，数数字字电电视视、数数字字照照相相机机与与摄摄像像机机、打打印印机机、数数字字扫扫描描仪仪、雷雷达达/声声呐呐及及医医用用图图像像处处理理等等，在在这这些些应应用用中中，DSP用用来来做做图图像像压压缩缩、图图像像传传输输、模式及光学特性识别、加密模式及光学特性识别、加密/解密及图像增强等。解密及图像增强等。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.4 DSP 1.4 DSP系统设计概要系统设计概要 1.DSP1.DSP系统设计过程系统设计过程 第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.4 DSP 1.4 DSP系统设计概要系统设计概要 （1）算法研究与优化）算法研究与优化 根根据据系系统统需需求求进进行行算算法法仿仿真真和和高高级级语语言言(如如MATLAB)MATLAB)模模拟拟实实现现，通通过过仿仿真真验验证证算算法法的的正正确确性性、精精度度和和效效率率，以以确确定定最最佳佳算算法法，并初步确定相应的参数。并初步确定相应的参数。核核算算算算法法需需要要的的DSPDSP处处理理能能力力。一一是是选选择择DSPDSP的的重重要要因因素素，另另一一影影响响目目标标板板的的DSPDSP结结构构（如如采采用用单单DSPDSP还还是是多多DSPDSP，并并行行结结构构还是串行结构等）。还是串行结构等）。优优化化算算法法。一一方方面面提提高高算算法法的的效效率率，另另一一方方面面使使算算法法更更加加适适合合DSPDSP的的体体系系结结构构（如如对对算算法法进进行行并并行行处处理理的的分分解解或或流流水水处处理理的分解等），以便获得运算量最小和使用资源最少的算法。的分解等），以便获得运算量最小和使用资源最少的算法。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.4 DSP 1.4 DSP系统设计概要系统设计概要 （2）DSP芯片及外围芯片的确定芯片及外围芯片的确定 根根据据算算法法的的运运算算速速度度、精精度度和和存存储储要要求求等等参参数数选选择择DSPDSP芯芯片片及外围芯片。每种及外围芯片。每种DSPDSP芯片都有它特别适合处理的领域。芯片都有它特别适合处理的领域。如如：TMS320C54xTMS320C54x系系列列适适合合通通信信领领域域的的应应用用（对对VertbiVertbi译译码码、FFTFFT等算法的支持，保证了通信信号处理算法的实现效率）。等算法的支持，保证了通信信号处理算法的实现效率）。TMS320C24xxTMS320C24xx系系列列适适合合家家电电产产品品领领域域，不不论论是是对对算算法法的的支支持持、存储器配置，还是外设支持，都能充分保证应用的效率。存储器配置，还是外设支持，都能充分保证应用的效率。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.4 DSP 1.4 DSP系统设计概要系统设计概要 （3）软硬件设计阶段（三步）软硬件设计阶段（三步）按按选选定定的的算算法法和和DSPDSP芯芯片片对对系系统统的的各各项项功功能能进进行行软软软软硬硬硬硬件件件件分分分分工工工工。如如FFTFFT、数数字字上上/下下变变频频器器、RAKERAKE分分集集接接收收是是否否需需要要专专门门芯芯片片或或FPGAFPGA芯片实现，译码判决算法是用软件判决还是硬件判决等。芯片实现，译码判决算法是用软件判决还是硬件判决等。根根据据系系统统技技术术指指标标进进行行硬硬硬硬件件件件设设设设计计计计，完完成成DSPDSP芯芯片片外外围围电电路路和和其他电路其他电路(如转换、控制、存储、输出输入等电路如转换、控制、存储、输出输入等电路)的设计。的设计。根根据据系系统统技技术术指指标标要要求求和和所所确确定定的的硬硬件件编编写写相相应应的的DSPDSP汇汇编编程程序序，完完成成软软软软件件件件设设设设计计计计（在在实实际际应应用用系系统统中中常常常常采采用用高高级级语语言言和和汇汇编编语语言言的的混混合合编编程程方方法法，即即在在算算法法运运算算量量大大的的地地方方，用用手手工工编编写写的方法编写汇编语言，而运算量不大的地方则采用高级语言）。的方法编写汇编语言，而运算量不大的地方则采用高级语言）。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.4 DSP 1.4 DSP系统设计概要系统设计概要 （4）硬件和软件调试阶段）硬件和软件调试阶段 硬件调试：一般采用硬件仿真器进行；硬件调试：一般采用硬件仿真器进行；软软件件调调试试：一一般般借借助助DSP开开发发工工具具(如如软软件件模模拟拟器器、DSP开开发发系系统统或或仿仿真真器器)进进行行。通通过过比比较较在在DSP上上执执行行的的实实时时程程序序和和模模拟拟程程序序执执行行情情况况来来判判断断软软件件设设计计是是否否正正确。确。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.4 DSP 1.4 DSP系统设计概要系统设计概要 （5）系统集成与测试阶段）系统集成与测试阶段 系系统统软软硬硬件件分分别别调调试试完完成成后后，可可以以将将软软件件脱脱离离开开发发系系统统而而直直接接在在应应用用系系统统上上运运行行，评评估估是是否否完完成成设设计计目目标。标。将将模模拟拟算算法法移移植植到到实实时时系系统统后后，算算法法是是否否能能够够实实时时运运行行要要进进行行测测试试，如如果果算算法法运运算算量量太太大大而而不不能能在在硬硬件件上上实时运行，则必须重新修改或简化算法。实时运行，则必须重新修改或简化算法。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.4 DSP 1.4 DSP系统设计概要系统设计概要2.DSP2.DSP芯片的选择（考虑因素）芯片的选择（考虑因素）（1 1）DSPDSP芯片的运算速度芯片的运算速度 首首先先由由输输入入信信号号的的频频率率范范围围确确定定系系统统的的最最高高采采样样频频率率，再再根根据据算算法法的的运运算算量量和和实实时时处处理理限限定定的的完完成成时时间间确确定定DSPDSP运运算算速速度度的的下限。下限。DSPDSP芯片运算速度主要衡量指标：芯片运算速度主要衡量指标：指令周期指令周期 MACMAC时间时间 FFTFFT执行时间执行时间 MIPSMIPS：即每秒执行百万条指令即每秒执行百万条指令第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.4 DSP 1.4 DSP系统设计概要系统设计概要（2）DSP芯片的运算精度芯片的运算精度由系统所需要的精度确定是采用定点还是浮点运算。由系统所需要的精度确定是采用定点还是浮点运算。大大多多数数定定点点DSPDSP都都采采用用1616位位数数据据格格式式(除除少少数数DSP处处理理器器采采用用20位位、24位位或或32位位的的格格式式外外),实实际际应应用用的的DSPDSP处处理理器器绝绝大大多多数数是是定定点处理器。点处理器。浮浮点点DSPDSP的的数数据据格格式式多多数数为为3232位位(数数据据总总线线、寄寄存存器器、存存储储器器等等的的宽宽度度也也相相应应是是3232位位)。在在实实时时性性要要求求很很高高的的场场合合，往往往往考考虑虑使用浮点使用浮点DSPDSP处理器。处理器。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.4 DSP 1.4 DSP系统设计概要系统设计概要（3）片内硬件资源）片内硬件资源由由系系统统数数据据量量的的大大小小确确定定所所使使用用的的片片内内RAMRAM及及需需要要扩扩展展的的RAM；根据系统用途（计算；根据系统用途（计算&控制）确定控制）确定I/OI/O接口的多少接口的多少。不不不不同同同同DSPDSP芯芯芯芯片片片片提提提提供供供供的的的的硬硬硬硬件件件件资资资资源源源源不不不不同同同同，如如片片内内RAM、ROM的的数量，外部可扩展的程序和数据空间，总线接口、数量，外部可扩展的程序和数据空间，总线接口、I/O接口等。接口等。同同同同一一一一系系系系列列列列的的的的(如如TI的的C54x系系列列)不不不不同同同同型型型型号号号号DSPDSP芯芯芯芯片片片片具具具具有有有有不不不不同同同同的的的的内部硬件资源内部硬件资源内部硬件资源内部硬件资源，以适应不同的需要。，以适应不同的需要。在在一一些些特特特特殊殊殊殊的的的的控控控控制制制制场场场场合合合合有有一一些些专专门门的的芯芯片片可可供供选选用用，如如TMS320C2xx系系列列自自身身带带有有2路路A/D输输入入和和6路路PWM输输出出及及强强大大的的人机接口，特别适合于电动机控制场合。人机接口，特别适合于电动机控制场合。第一章：绪论第一章：绪论_ _ 1.4 DSP 1.4 DSP系统设计概要系统设计概要（4）DSP芯片的功耗及价格芯片的功耗及价格某某些些DSP应应用用场场合合，功功功功耗耗耗耗是是一一个个很很重重要要的的问问题题。如如便便携携式式的的DSP设设备备、手手持持设设备备(手手机机)和和野野外外应应用用的的