绪论(DSP原理与开发实例).ppt

《绪论(DSP原理与开发实例).ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《绪论(DSP原理与开发实例).ppt（23页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第一章第一章 绪绪 论论1.1 DSP芯片芯片1.2 DSP系统系统1.3 小结小结【重点难点】【重点难点】DSP DSP芯片的定义、特点及分类芯片的定义、特点及分类 DSP DSP系统的构成及设计流程系统的构成及设计流程DSP 芯片芯片 1.1 DSP 1.1 DSP 芯片芯片 DSP：Digital Signal Processing (数字信号处理技术)DSP:Digital Signal Processor (数字信号处理器)DSP:Digital Signal Processor (数字信号处理器)1.1.1 DSP1.1.1 DSP的含义的含义第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年

2、前后）1 1、19781978年年AMIAMI公司生产出第一片公司生产出第一片DSPDSP芯片芯片S2811S2811；2 2、19791979年年IntelIntel公司发布了商用可编程公司发布了商用可编程DSPDSP器件器件Intel2920Intel2920；3 3、19801980年年NECNEC公司推出的公司推出的PD7720PD7720是第一片具有乘法器的是第一片具有乘法器的 商用商用DSPDSP芯片芯片 4 4、单指令周期、单指令周期200200250ns250ns，应用于军事或航空航天领域；，应用于军事或航空航天领域；5 5、代表性器件：、代表性器件：Intel2920Inte

3、l2920（IntelIntel）、）、PD7720PD7720（NECNEC）、）、TMS32010 TMS32010（TITI）、）、DSP16DSP16（AT&TAT&T）、）、S2811 S2811（AMIAMI）、）、ADSp-21ADSp-21（ADAD）等。）等。1.1.2 DSP1.1.2 DSP的历史与发展的历史与发展 DSP 芯片芯片 第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）1 1、单指令周期为、单指令周期为8080100ns100ns，应用范围扩大到通信、计，应用范围扩大到通信、计 算机领域。算机领域。2 2、代表性器件、代表性器件:TI:TI公司的公司的TMS320

4、C20TMS320C20、3030、4040、5050系列，系列，Motorola Motorola公司的公司的DSP5600DSP5600、96009600系列，系列，AT&T AT&T公司的公司的DSP32DSP32等。等。DSP 芯片芯片 1 1、单指令周期、单指令周期10ns10ns左右左右2 2、可在、可在WindowsWindows环境下直接用环境下直接用C C语言编程语言编程 3 3、DSPDSP芯片逐渐渗透到人们日常消费领域芯片逐渐渗透到人们日常消费领域第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）表表1-1 DSP1-1 DSP芯片性能、规模、工艺、价格变化表芯片性能、规模、工

5、艺、价格变化表年年年年 代代代代19801980199019902000200020102010速度速度速度速度/MIPS/MIPS540500050000RAM/RAM/字字字字节节节节2562K32K1M规规规规模模模模/门门门门50K500K5M50M工工工工艺艺艺艺/m/m30.80.10.02价格价格价格价格/美元美元美元美元150.0015.005.000.15DSP 芯片芯片 TITI公司常用的公司常用的定点定点DSPDSP芯片芯片:TMS320C2000TMS320C2000系列：系列：TMS320C2xxTMS320C2xx、TMS320C24xTMS320C24x、TMS3

6、20C28xTMS320C28x等；等；TMS320C5000TMS320C5000系列：系列：TMS320C54xTMS320C54x、TMS320C55xTMS320C55x、OMAPOMAP等；等；TMS320C6000TMS320C6000系列：系列：TMS320C62xTMS320C62x、TMS320C64xTMS320C64x、TMS320C67xTMS320C67x等；等；浮点芯片浮点芯片:TMS320C3xTMS320C3x系列，其典型芯片是系列，其典型芯片是TMS320VC33TMS320VC33。主要用于自控领域主要用于自控领域典型芯片典型芯片:TMS320C24x和和T

7、MS320C28x 主要用于通信、信息技术领域主要用于通信、信息技术领域典型芯片典型芯片:TMS320C54x、TMS320C55x 主要用于图像和视频处理主要用于图像和视频处理典型芯片典型芯片:TMS320C64x、TMS320C67xDSP 芯片芯片 KeyStoneKeyStone多核多核DSPDSP：TMS320C667xTMS320C667x、TMS320C665xTMS320C665x等；等；主要用于工业自动化、高性能计算、关键任务、视频基础设施和高端成像等主要用于工业自动化、高性能计算、关键任务、视频基础设施和高端成像等典型芯片典型芯片:TMS320C667x、TMS320C66

8、5xTMS320TMS320系列芯片系列芯片DSPDSP的命名方法的命名方法 TMS 320 TMS 320 TMS 320 TMS 320（B B B B）VC 5416 PGE VC 5416 PGE VC 5416 PGE VC 5416 PGE （L L L L）前缀，前缀，前缀，前缀，TMXTMX实验器件；实验器件；实验器件；实验器件；TMPTMP样品器件；样品器件；样品器件；样品器件；TMSTMS合格器件；合格器件；合格器件；合格器件；器件系列，器件系列，器件系列，器件系列，320320TMS320TMS320系列系列系列系列 自举加载选项自举加载选项自举加载选项自举加载选项 工艺

9、：工艺：工艺：工艺：C CCMOSCMOS；E ECMOS EPROMCMOS EPROM；F FCMOS Flash EEPROMCMOS Flash EEPROMLCLC低电压低电压低电压低电压CMOSCMOS（3.3V3.3V）；）；）；）；VCVC低电压低电压低电压低电压CMOSCMOS（3V3V）；）；）；）；UCUC超低电压超低电压超低电压超低电压CMOS1.8CMOS1.83.6V3.6V（内核（内核（内核（内核1.8V1.8V）；）；）；）；器件（以器件（以器件（以器件（以C5000C5000系列为例）：系列为例）：系列为例）：系列为例）：C54xC54x：541541、542

10、542、543543、545545、546546、547547、548548、549549、5401 5401、54025402、54045404、54055405、54075407、54095409、5410 5410、54165416、54205420、54215421、54705470、5471 5471；C55xC55x：55025502、55035503、55065506、55075507、55095509、55105510；封装形式：封装形式：封装形式：封装形式：N N塑料塑料塑料塑料DIPDIP；J J陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷DIPDIP；GPGP陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷PGAPGA；FZFZ陶

11、瓷陶瓷陶瓷陶瓷CCCC；FNFN塑料引线塑料引线塑料引线塑料引线CCCC；FDFD陶瓷无引线；陶瓷无引线；陶瓷无引线；陶瓷无引线；PJPJ100100引脚塑料引脚塑料引脚塑料引脚塑料QFPQFP；PQPQ132132引脚塑料引脚塑料引脚塑料引脚塑料QFPQFP；PZPZ100100引脚塑料引脚塑料引脚塑料引脚塑料TQFPTQFP；PBKPBK128128引脚塑料引脚塑料引脚塑料引脚塑料TQFPTQFP；PGEPGE144144引脚塑料引脚塑料引脚塑料引脚塑料TQFPTQFP；GGUGGU144144引脚引脚引脚引脚BGABGA；DIP双列直插封装；PGA针栅阵列；CC芯片载体；QFP四边引脚扁

12、平封装；PQFP塑料QFP；LQFP薄形QFP（1.4mm厚）；TQFP薄形QFP（1.0mm厚）BGA球栅阵列封装；温度范围：温度范围：温度范围：温度范围：L L缺省缺省缺省缺省0 07070；A A-40-408585；S S-55-55100100；MM-55-55125125DSP 芯片芯片 1.1.3 DSP1.1.3 DSP1.1.3 DSP1.1.3 DSP的分类的分类的分类的分类一、按基础特性分类1 1、依据：工作时钟和指令类型、依据：工作时钟和指令类型2 2、分类：静态、分类：静态DSPDSP芯片、一致性芯片、一致性DSPDSP芯片。芯片。二、按数据格式分类1 1、依据：芯片

13、工作的数据格式、依据：芯片工作的数据格式2 2、分类：定点、分类：定点DSPDSP、浮点、浮点DSPDSP三、按用途分类1 1、依据：用途、依据：用途2 2、分类：通用型、分类：通用型DSPDSP、专用型、专用型DSPDSPDSP 芯片芯片 1.1.4 DSP1.1.4 DSP1.1.4 DSP1.1.4 DSP的结构特点的结构特点的结构特点的结构特点 一、采用哈佛结构 一、采用哈佛结构DSP 芯片芯片 二、采用多总线结构1 1、可同时进行取指令和多个数据存取操作，并由辅助、可同时进行取指令和多个数据存取操作，并由辅助 寄存器自动增减地址进行寻址，使寄存器自动增减地址进行寻址，使CPUCPU在

14、一个机器在一个机器 周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问；周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问；2 2、一个机器周期内可以完成如下操作：、一个机器周期内可以完成如下操作：从程序存储器中取一条指令；从程序存储器中取一条指令；从数据存储器中读两个操作数；从数据存储器中读两个操作数；向数据存储器写一个操作数。向数据存储器写一个操作数。DSP 芯片芯片 三、采用流水线（pipeline）技术 三、采用流水线（pipeline）技术 DSP 芯片芯片 可在一个周期内完成一次乘法和一次累加操作，可在一个周期内完成一次乘法和一次累加操作，从而可实现数据的乘法从而可实现数据的乘法-累加操作。累加操作。

15、四、配有专用的硬件乘法-累加器 五、具有特殊的DSP指令TMS320C54xTMS320C54x中的中的FIRSFIRS和和LMSLMS指令，专门用于完成指令，专门用于完成系数对称的系数对称的FIRFIR滤波器和滤波器和LMSLMS算法。算法。六、快速的指令周期 指令周期可在指令周期可在20ns20ns以下以下 DSP 芯片芯片 七、硬件配置强 新一代的新一代的DSPDSP芯片具有较强的接口功能，除了具有芯片具有较强的接口功能，除了具有串行口、定时器、主机接口（串行口、定时器、主机接口（HPIHPI）、）、DMADMA控制器、控制器、软件控制的等待状态发生器等片内外设外，软件控制的等待状态发生

16、器等片内外设外，还配有中断处理器、还配有中断处理器、PLLPLL、片内存储器、测试接口等、片内存储器、测试接口等单元电路，可以方便地构成一个嵌入式自封闭控制单元电路，可以方便地构成一个嵌入式自封闭控制的处理系统。的处理系统。八、省电管理和低功耗 DSPDSP功耗为功耗为0.50.54W4W，若采用低功耗技术可降到，若采用低功耗技术可降到0.25W0.25W九、支持多处理器结构 DSP 芯片芯片 1.1.5 DSP1.1.5 DSP1.1.5 DSP1.1.5 DSP的应用领域的应用领域的应用领域的应用领域1 1、通信领域通信领域2 2、信号处理信号处理3 3、语音语音4 4、军事军事5 5、图

17、形与图像图形与图像6 6、仪器仪表仪器仪表7 7、自动控制自动控制8 8、医疗医疗9 9、家用电器家用电器1010、汽车电子、汽车电子DSP 芯片芯片 还可以举出很多例子还可以举出很多例子l医院用的B超、CT、核磁共振l卫星遥感遥测l图像识别/鉴别l反噪声l风洞试验l.lDSP的应用领域取决于设计者的想象空间DSP 芯片芯片 DSP系统系统1.2 DSP 1.2 DSP 系统系统1.2.1 DSP1.2.1 DSP1.2.1 DSP1.2.1 DSP系统的构成系统的构成系统的构成系统的构成1.2.2 DSP1.2.2 DSP1.2.2 DSP1.2.2 DSP系统的优势系统的优势系统的优势系统

18、的优势1 1、数字信号处理的实现方法有如下几种：、数字信号处理的实现方法有如下几种：1 1）在通用的微型计算机上用软件实现。）在通用的微型计算机上用软件实现。2 2）在通用的计算机系统中加上专用的加速处理机实现。）在通用的计算机系统中加上专用的加速处理机实现。3 3）用）用FPGAFPGA等产品实现数字信号处理算法。等产品实现数字信号处理算法。4 4）用单片机实现。）用单片机实现。5 5）用通用的可编程）用通用的可编程DSPDSP芯片实现。芯片实现。6 6）用于极高速信号处理的专用）用于极高速信号处理的专用DSPDSP芯片。芯片。DSP系统系统2 2、DSPDSP系统的优势系统的优势1 1）与

19、通用单片机（）与通用单片机（MCUMCU）相比）相比DSP单片机单片机DSP的优势的优势总线结构总线结构哈佛哈佛/改进型哈佛结构改进型哈佛结构冯冯诺伊曼结诺伊曼结构构消除瓶颈，运行速度快消除瓶颈，运行速度快乘加运算乘加运算利用硬件乘法器，可用单利用硬件乘法器，可用单指令实现指令实现多指令实现多指令实现减少所需指令周期数减少所需指令周期数寻址方式寻址方式利用硬件数据指针，实现利用硬件数据指针，实现逆序寻址逆序寻址普通寻址普通寻址减少减少FFT运算寻址时间运算寻址时间指令运行指令运行方式方式流水线，允许程序与数据流水线，允许程序与数据存储器同时访问存储器同时访问顺序运行顺序运行单条指令执行时间相同

20、单条指令执行时间相同的情况下，运算速度高的情况下，运算速度高指令指令配置专用运算器配置专用运算器,复合指复合指令可以在寄存器、运算单令可以在寄存器、运算单元处理变量的同时，使用元处理变量的同时，使用指针访问数据存储器指针访问数据存储器无复合指令功无复合指令功能能采用并行方式，提高数采用并行方式，提高数据处理能力据处理能力循环控制循环控制利用硬件循环控制结构利用硬件循环控制结构,实现无消耗循环控制实现无消耗循环控制每次循环都将每次循环都将消耗机器周期消耗机器周期较好地解决了高速运行较好地解决了高速运行和精简程序的矛盾和精简程序的矛盾多处理系多处理系统统提供具有很强同步机制的提供具有很强同步机制的

21、互锁指令互锁指令无专用指令无专用指令保证了高速运算中通信保证了高速运算中通信和结果的完整和结果的完整DSP系统系统2 2）与模拟系统相比）与模拟系统相比 （1 1）接口方便）接口方便（2 2）编程灵活）编程灵活（3 3）运行速度快）运行速度快（4 4）可重复性好）可重复性好（5 5）精度高）精度高（6 6）稳定性好）稳定性好（7 7）大规模集成）大规模集成（8 8）可获得高性能指标）可获得高性能指标 DSP系统系统数字信号处理局限性 1 1、自然界的信号绝大多数是模拟信号、自然界的信号绝大多数是模拟信号2 2、模拟信号处理系统从根本上说是实时的、模拟信号处理系统从根本上说是实时的3 3、射频信

22、号必须用模拟信号实现、射频信号必须用模拟信号实现 DSP系统系统DSP系统系统1.2.3 DSP系统的设计1）系统的采样频率）系统的采样频率 2）实时性）实时性 3）算法精度）算法精度4）存储空间）存储空间 5）I/O口口 6）成本要求）成本要求1）DSP芯片的运算速度芯片的运算速度 指令周期：执行一条指令所需要的时间，通常以指令周期：执行一条指令所需要的时间，通常以ns（纳秒）为单位；（纳秒）为单位；MAC时间：一次乘法和一次加法的时间；时间：一次乘法和一次加法的时间；FFT执行时间：运行一个执行时间：运行一个N点点FFT程序所需时间；程序所需时间；MIPS：每秒执行百万条指令；：每秒执行百

23、万条指令；MOPS：每秒执行百万次操作；：每秒执行百万次操作；MFLOPS：每秒执行百万次浮点操作；：每秒执行百万次浮点操作；BOPS：每秒执行十亿次操作。：每秒执行十亿次操作。2）DSP芯片的价格芯片的价格 3）DSP芯片的硬件资源芯片的硬件资源 4）DSP芯片的运算精度芯片的运算精度5）DSP芯片的开发工具芯片的开发工具 6）DSP芯片的功耗芯片的功耗 7）其他因素）其他因素小结小结 DSP DSP可以代表数字信号处理技术，也可以代表数字信号处可以代表数字信号处理技术，也可以代表数字信号处 理器。目前，理器。目前，DSPDSP已被公认为数字信号处理器的代名词。已被公认为数字信号处理器的代名词。DSP DSP经历了三个阶段：雏形阶段、成熟阶段经历了三个阶段：雏形阶段、成熟阶段 、完善阶段。、完善阶段。DSP DSP芯片可以按照芯片可以按照3 3种方式分类：种方式分类：按基础特性、按数据格式、按用途分类。按基础特性、按数据格式、按用途分类。DSP DSP的九大结构特点的九大结构特点 DSP DSP系统的设计系统的设计 确定性能指标；确定性能指标；选择选择DSPDSP芯片需考虑的因素。芯片需考虑的因素。1.3 1.3 小结小结