DSP技术课程实施大纲.docx
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1、DSP技术课程实施大纲目录1 .教学理念11.1 关注学生的发展11.2 关注教学的有效性11.3 关注教学的策略1.课程介绍11.4 课程的性质11.5 课程在学科专业结构中的地位、作用11.6 课程的历史与文化传统21.7 课程的前沿及发展趋势21.8 课程与经济社会发展的关系21.9 学习本课程的必要性2.课程负责教师21.10 教师的职称、学历21.11 教育背景21.12 研究兴趣(方向)3.先修与后续课程32 .课程目标3.课程内容32.1 课程教学内容32.2 课程重点、难点及处理方法6.课程实施72.3 教学单元一82.4 教学单元二112.5 教学单元三132.6 教学单元四
2、152.7 教学单元五172.8 教学单元六192.9 教学单元七212.10 教学单元八222.11 教学单元九242.12 教学单元十262.13 教学单元H282.14 教学单元十二302.15 教学单兀十三322.16 教学单元十四342.17 教学单元十五36.课程要求382.18 学生自学的要求382.19 课外阅读的要求38教学单元一7.1.1 教学日期2017年4月11日教学目标了解数字信号处理的基本概念和特点;了解DSP系统的构成和设计过程;了解DSP芯片的结构特点和性能参数;教学内容(含重点、难点)第一章绪论1.1 DSP及其发展典型的数字信号处理系统:典型的数字信号处理算
3、法一FIR滤波器L-1y(n) =) Z) i=O=/zqx(h) + 1) + .+ hL_yX(n L + 1)DSP的含义:数字信号处理(Digital Signal Processing)数字信号处理器(Digital Signal Processor)信号处理的发展:信号分析,信号处理数字信号处理的优点:灵活;高精度;高可靠;抗干扰;大规模集成1.2 为什么要使用DSPs1.3 DSP应用举例1.4 DSP系统及其设计过程DSP系统的构成和信号处理过程DSP系统的设计步骤:(1)明确设计任务,确定设计目标(2)算法模拟,确定性能指标(3)选择DSP芯片和外围芯片(4)设计实时的DSP
4、应用系统(5)硬件和软件调试(6)系统集成和测试1.5 DSP芯片简介DSP芯片的发展历史、现状和趋势;DSP芯片的特点;1 .运算能力强,在单指令周期类完成乘加运算。(靠并行实现)2 .采用哈佛结构和流水线技术。3 .专用寻址单元:芯片具有满足数字信号算法特殊要求的寻址方式和硬件。4 .数据交换能力高。5 .多处理单元,支持并行处理指令等6 .丰富的外设和大量的片内memoryDSP芯片的分类;DSP芯片的选型:DSP芯片的性能参数:MIPS:百万条指令/秒(Million Instruction Per Second)MOPS:百万次操作/秒(Million Operation Per S
5、econd)MFLOPS:百万次浮点操作/秒(Million Float Operation Per Second)MBPS:百万位/秒(Million Bit Per Second)DSP的综合标准:IO数据率;处理能力:MIPS,MFLOPS;片内存储容量,cache;其它片上资 源:中断,DMA, timer,串口; 10接口,memory接口,总线接口 选择DSP芯片考虑的因素:运算速度价格硬件资源运算精度(字长)开发工具功耗其他因素7 .6 DSP芯片产品简介教学过程及方法先介绍本门课程的发展、意义、重要性、主要内容、结构层次以及同其他 课程和工程应用的关系,然后通过数字信号处理的基
6、本模型和算法分析,引入 DSP处理器。简介DSP系统的特点、应用实例和开发过程,对DSP芯片的发展、 特点和性能参数指标进行分析,归纳出DSP芯片选型的方法。最后对典型的DSP 芯片进行简介,引入本课程的核心芯片TMS320C6000系列DSP芯片。7.1.4 作业安排及课后反思 LDSP应用系统模型包括哪些主要部分? 2.DSP系统有何特点? 3.设计一个DSP系统应考虑哪些问题? 4.选择DSP芯片的依据是什么? 5.列举DSP芯片的特点。7.1.5 参考资料TMS320c6000系列DSPs系统结构原理与应用教程第一章DSP系统概述7.2教学单元二教学日期2017年4月13日教学目标了解
7、C6000系列芯片的中央处理器内核基本结构特点;理解掌握CPU中的通用寄存器和控制寄存器;教学内容(含重点、难点)2.1 C6000系列芯片的中央处理器内核结构概述:芯片的架构特点地址产生,乘法累加器,哈佛结构数据位数和总线宽度时钟周期,指令周期,指令执行延迟硬件指令系统:复杂指令集CISC,精简指令集RISC2.1.1 处理器基本结构乘法单元(MPY),加法(ADD)数据存取与寻址单元循环跳转:相对跳转,绝对跳转指针操作数据处理的数据通路2.1.2 通用寄存器通用寄存器的作用,寄存器对2.1.3 控制寄存器控制状态寄存器描述VLIW结构教学过程及方法先结合数字信号处理的运算特点概述DSP芯片
8、的内部架构设计,对DSP内部 工作的一些重要概念进行介绍,然后结合具体汇编程序语句介绍DSP芯片内的重 要处理单元和程序跳转控制,最后对DSP内部的通用寄存器和控制寄存器的构成 和使用特点进行简单地介绍说明,为后续章节的讲解做铺垫。725作业安排及课后反思习题:2-1、2-2、2-3、2-4参考资料TMS320c6000系列DSPs系统结构原理与应用教程2.1 C6000系列芯片中央处理器内核结构7.3.1 教学日期2017年4月18日教学目标掌握DSP芯片的数据功能单元和和数据通路;熟悉寄存器交叉通路的特点;掌握存储器存取通路的应用方式;掌握数据地址交叉通路的应用方式;教学内容(含重点、难点
9、)2.2 CPU数据通路和控制2.2.1 数据通路的功能单元8个功能单元(.L1”L2,.S1,.S2,M1,.M2,.D1/.D2)的各自功能特点数据通路:2个数据读取通路(LD1和LD2);2个数据存储通路(ST1和ST2);2个寄存器组交叉通路(IX和2X);2个数据寻址通路(DA1和DA2)02.2.2 寄存器交叉通路在CPU两边之间交换操作数,需要引入交叉通路(cross path)cross path连接CPU两边的通路cross paths 有两类:数据交叉通路(Data cross paths).地址交叉通路(Address cross paths).使用Data Cross
10、Path的限制2.2.3 存储器存取通路2.2.4 数据地址交叉通路使用 Address Cross Path 的限制教学过程及方法通过表格的方式总结归纳功能单元的使用特点,通过结构原理框图介绍数据通道的物理结构,结合具体的汇编程序语句介绍数据交叉通路和地址交叉通路的使用限制。7.3.4 作业安排及课后反思习题:CPU的两侧通过什么方式交换数据?有什么使用限制条件?7.3.5 参考资料TMS320c6000系列DSPs系统结构原理与应用教程CPU数据通路和控制7.4.1 教学日期2017年4月20日教学目标掌握片内程序存储器的工作模式;掌握片内数据存储器的访问方式;掌握存储器地址映射;掌握高速
11、缓存的控制;教学内容(含重点、难点)2.3 片内存储器2.3.1 存储器空间分配存储器的层次结构映射模式2.3.2 程序存储器控制器2.3.3 内部程序存储器程序存储器的结构程序存储器的模式:4种模式:cache bypass(1)存储器映射(2) cache使能(3) cache冻结(4)Cache: cache一地址的解析,cache一机制234数据存储器控制器2.3.5 内部数据存储器片内数据存储器的访问:1)数据访问的格式控制,2)CPU的双存取,3) DMA访问2.4 二级内部存储器2.4.1 片内1级程序(L1P)高速缓存的结构2.4.2 片内1级数据(L1D)高速缓存的结构2.4
12、.3 片内2级(L2)高速缓存的结构由CCFG中的L2MoDE控制2.4.4 片内高速缓存的控制1. 控制寄存器cache控制寄存器,存储器属性寄存器2. L1P的控制3. L1D的控制4. L2的控制5. 4.5存储器映射C6000存储器地址映射(Memory Map )决定着各种资源的访问地址.4教学过程及方法通过原理框图和数据表格的方式对片内存储层次结构进行分析和阐述,对片 内高速缓存的工作机制进行剖析,结合配置文件说明存储器的地址映射。1.1 .5作业安排及课后反思习题:2-5、2-7、2-91.2 .6参考资料TMS320c6000系列DSPs系统结构原理与应用教程片内存储器1.3
13、二级内部存储器1.4 教学单元五教学日期2017年4月25日教学目标了解随机过程的概念;掌握随机过程的统计特性和数字特征及计算方法;了解平稳随机过程的概念;理解平稳随机过程的各态历经性;教学内容(含重点、难点)3.1 TMS320C6000公共指令集概述C6000指令集的几个概念: 指令和功能单元之间的映射延迟间隙(Delay Slots) 指令操作码映射图(Opcode Map)并行操作 条件操作寻址方式:间接寻址,循环寻址寻址模式寄存器AMR3.2 C6000公共指令集读取/存储类指令 算术运算类指令逻辑与位操作运算类指令 搬移跳转(程序转移) 空操作类指令资源对公共指令集的限制: 相同功
14、能单元使用的限制交叉通路(IX和2X)的限制 Load/Store指令的限制1.3 课堂讨论的要求381.4 课程实践的要求39.课程考核399.1 出勤(迟到、早退等)、作业、报告的要求399.2 成绩的构成与评分规则说明409.3 考试形式及说明(含补考)40.学术诚信规定409.4 考试违规与作弊处理409.5 杜撰数据、信息处理等419.6 学术剽窃处理等42.课堂规范4210 .课程资源4510.1 教材与参考书4510.2 网络课程资源46.教学合约4610.3 教师作出师德师风承诺4610.4 阅读课程实施大纲,理解其内容4610.5 同意遵守课程实施大纲中阐述的标准和期望46寄
15、存器读取的限制寄存器存储的限制7.5.4 教学过程及方法通过图表和实例程序阐述指令系统的基本概念,并对相应的汇编指令进行介 绍,对指令使用中的一些限制引入实例进行说明。7.5.5 作业安排及课后反思习题:3-1、3-2、3-47.5.6 参考资料(TMS320C6000系列DSPs系统结构原理与应用教程TMS320C6000公共指令集概述3.1 C6000公共指令集7.6教学单元六教学日期2017年4月27日教学目标掌握汇编代码的语言结构;熟悉常用的汇编伪指令;了解常用的汇编优化器选项;掌握C语言和汇编的混合编程方式;教学内容(含重点、难点)3.3汇编、线性汇编和伪指令3.3.1 汇编代码结构
16、7个项目:标号、并行符号、条件、指令、功能单元、操作数和注释。3.3.2 线性汇编语言结构3.3.3 汇编优化器伪指令1 .线性汇编伪指令特点2 .常用的汇编优化器伪指令3 .定义段的伪指令4 .初始化常数的伪指令5 .对准程序计数器的伪指令6 .输出列表格式的伪指令7 .应用其他文件的伪指令8 .条件汇编伪指令9 .使用符号的伪指令10 .其他伪指令11 3.4汇编优化器3.4 C语言和线性汇编语言的混合编程3.4.1 在C/C+代码中调用汇编语言模块3.4.2 用内嵌函数访问汇编语言3.4.3 C/C+语言中嵌入汇编语言3.4.4 C/C+语言中访向汇编语言变量教学过程及方法通过具体的程序
17、实例讲解汇编程序的编码方式和伪指令的使用,分析C程序 代码中使用汇编语言的方法。7.6.4 作业安排及课后反思习题:3-6、3-8、3-97.6.5 参考资料TMS320c6000系列DSPs系统结构原理与应用教程、线性汇编和伪指令7.6.6 C语言和线性汇编语言的混合编程7.7教学单元七教学日期2017年5月2日教学目标理解流水线的概念;掌握指令的流水线执行类型;掌握影响流水线运行的各种因素。7.7.1 教学内容(含重点、难点)4.1 流水线概述4.2 TMS320C6000流水线操作4.2.1 C6000指令流水线执行级类型4.2.2 C6000流水线运行的几个问题延迟间隙流水线冲突NOP
18、指令对流水线运行的影响跳转指令对流水线的影响访问存储器对流水线运行的影响教学过程及方法先通过工厂流水线工作过程说明流水线的优点,然后对C6000中的指令执行 周期进行分析,最后对流水线的运行问题进行举例分析。7.7.4 作业安排及课后反思习题:4-1、4-27.7.5 参考资料(TMS320C6000系列DSPs系统结构原理与应用教程流水线概述4.1 TMS320C6000流水线操作7.8教学单元八7.8.1 教学日期2017年5月4日教学目标理解和掌握中断的概念;掌握中断控制寄存器的使用;掌握中断编程的注意事项。7.8.2 教学内容(含重点、难点)4.3 中断控制系统中断与中断系统概述4.3
19、.1 中断类型和中断信号C6000的CPU有3种类型中断,即RESET(复位)、不可屏蔽中断(NMI)和可 屏蔽中断(INT4-INT15)。中断响应信号(IACK和INUMx)4.3.2 中断服务表4.3.3 中断服务取指包中断服务表指针寄存器4.3.4 中断控制寄存器控制状态寄存器(CSR)中断使能寄存器(IER)中断标志寄存器(IFR)、中断设置寄存器(ISR)和中断清除寄存器(ICR)不可屏蔽中断返回指针寄存器(NRP)可屏蔽中断返回指针寄存器(IRP)4.3.5 中断选择器和外部中断中断源选择与中断极性设置4.4 中断处理及其编程注意事项4.4.1 中断捕获和处理4.4.2 中断编程
20、注意事项教学过程及方法首先通过图例阐述中断工作的基本过程,然后对C6000芯片的中断类型进行 讲述,对中断寄存器的使用进行介绍,最后对中断编程的注意事项通过实例进行 分析。7.8.4 作业安排及课后反思习题:4-3 4-4 4-5 4-77.8.5 参考资料TMS320c6000系列DSPs系统结构原理与应用教程控制系统7.8.6 处理及其编程注意事项7.9 教学单元九教学日期2017年5月30日教学目标熟悉集成开发环境(CCS)的使用;掌握调试器的进行程序调试的方法;了解GEL的使用。7.9.1 教学内容(含重点、难点)集成开发环境(CCS)用户界面 文档窗口 菜单 状态条项目环境 工作环境
21、(Workspace) 项目(project) 构建(build) 加载和运行文本编辑调试器 Debugger的作用:查找和改正嵌入式实时系统软件的错误 Debugger命令:控制程序的执行 Degugger窗口和对话框:查看源代码和memory/寄存器中的变量值 断点:停止程序的执行,并观察程序的“当前”状态 探点:连接到debugger窗口,跟踪其中的改变值;也可连接到文件 Memory map:控制debugger对目标存储器空间的访问GEL语言GEL语言可以访问目标板存储器空间,给CCS添加额外的菜单等。并行调试管理器 多处理器分组 多处理器广播教学过程及方法通过实例和多媒体演示的方法
22、介绍集成开发环境(CCS)的使用,重点演示 如何通过调试器进行程序调试的方法。7.9.2 作业安排及课后反思习题:编写FIR滤波程序,并进行调试和软件仿真分析。7.9.3 参考资料(TMS320C6000系列DSPs系统结构原理与应用教程第5章集成开发环境与软件开发过程7.10 教学单元十教学日期2017年6月1日教学目标理解实时操作系统的概念、特点;理解掌握DSP/BIOS的软件开发特色;熟悉掌握DSP/BIOS的程序开发过程。7.10.1 教学内容(含重点、难点)6.1 实时操作系统基本概念 操作系统的定义、分类、功能任务 实时系统的定义和特点 实时操作系统的重要特点 通用OS和RTOS的
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