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1、智 能 测 控 系 统 导 论 第六章 基于DSP的测控系统 6.1 DSP的发展与特点 6.2 DSP的分类与选用 6.3 TMS320F2812功能概述 6.4 TMS320F2812的片内外设 6.5 TMS320F2812的软件设计简介 6.6 DSP硬件设计的有关问题 智 能 测 控 系 统 导 论 6.1 DSP的发展与特点 DSP芯片的发展 1978年 AMI宣布第一片单片DSP芯片S2811； 1979年 INTEL宣布2920，是DSP的重要里程碑； 1980年 NEC推出第一片具有乘法器的商用DSP芯片 PD7720； 1982年 TI推出其第一代DSP芯片TMS32010
2、； 1983年 Fujitsu推出MB8764，采用双内部总线，使吞 吐量发生大飞跃； 1984年 ATA推出第一片高性能浮点DSP芯片DSP32 ； 1986年 Motorola推出MC56001； 1980年之后，DSP芯片的发展突飞猛进，在制造工艺 、运算速度、频率、存储器、片内外设等各方面进 步迅速。以TI公司为例，进展情况如下： 智 能 测 控 系 统 导 论 TI公司DSP性能的提高 智 能 测 控 系 统 导 论 DSP作为一种微处理器，其设计的出发点和通用CPU以及MCU等 处理器是不同的。DSP是为完成实时数字信号处理任务而设计的 ，算法的高效、高速是DSP器件的设计核心。其
3、硬件结构的特点 ： 1 Harvard结构 程序与数据存储空间分开，各有独立的地址总线和数据总线 ，取指和读数可以同时进行，从而提高速度，目前的水平已达到 90亿次浮点运算/秒。 2 用管道式设计加快执行速度 所谓管道式设计，即采用流水线技术，取指令和执行指令全 部重叠进行，在每一时钟周期执行多个操作 ，从而大大缩短指令 执行时间。 3 独立的硬件乘法器 乘法指令在单周期内完成，优化卷积、数字滤波、FFT、相关 、矩阵运算等算法中的大量重复乘法。 DSP的特点 智 能 测 控 系 统 导 论 4 支持复杂的寻址 一些DSP支持模数和位翻转寻址，以及其他一些运算寻址。 这使得一些算法易于实现，使
4、FFT、卷积等运算中的寻址、排序 及计算速度大大提高。1024点FFT的时间已小于1s 。 5 独立的DMA总线和控制器 有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并 行工作，在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s 以上。 6 多处理器接口 使多个处理器可以很方便的并行或串行工作以提高处理速度 7 JTAG（Joint Test Action Group）标准测试接口（IEEE 1149标准接口） 便于对DSP作片上的在线仿真和多DSP条件下的调试。 DSP的特点(续) 智 能 测 控 系 统 导 论 按数据格式分类： 定点DSP：TI的TMS320C1x/
5、C2x、 TMS320C2xx/C5x、 TMS320C54x/C62x；AD的ADSP21xx；MotorolaMC56000 等。 浮点DSP： TI的TMS320C3x/C4x/C67x；AD的ADSP21xxx ；Motorola的MC96002等。 按用途分类： 通用型DSP：适合于普通的DSP应用，TI的DSP属于通用 型DSP。 专业型DSP：为特定的DSP运算而设计，适合数字滤波、 卷积、FFT等特殊运算，如Motorola的DSP56200、Inmos 的IMSA100等。 6.2 DSP的分类与选用 智 能 测 控 系 统 导 论 TI公司是世界上最大的DSP芯片供应商，其
6、DSP市场占全世界份 额的近50%。主要有三大系列： 1. 最佳控制，TMS320C2000平台 主要面向自动控制领域。其中，TMS320C24x提供基本解决方 案， TMS320C28x提供高性能解决方案。 2. 最低功耗， TMS320C5000平台 主要面向消费类数字市场而设计，最低功耗为0.33mA/MHz， 最高速度可达几百MIPS，主要有TMS320C54x和TMS320C55x。 3. 最佳处理能力， TMS320C6000平台 面向信号处理的高端应用领域，适合于网络交换、图像处理、 视频处理、雷达信号处理等。 其中，TMS320C64x的时钟速度可 达1GHz。 TI公司的DS
7、P系列 智 能 测 控 系 统 导 论 智 能 测 控 系 统 导 论 TI公司TMS320系列产品 TMS320C1X，定点DSP：TMS320C10,TMS320C11,TMS320C15,TMS320C17 。 TMS320C2X，定点DSP：TMS320C20,TMS320C25,TMS320C26,TMS320C28 。 TMS320C5X，定点DSP：TMS320C50。 TMS320C2XX，定点DSP：TMS320C203,204,205,206,207,209。 TMS320C24X，定点DSP： TMS320F240,TMS320F2402,TMS320F2406,TMS3
8、20F2407。 TMS320C28X，定点DSP：TMS320F2810,TMS320F2812。 TMS320C54X，定点DSP：TMS320LC541,TMS320LC542,TMS320LC543, TMS320VC5402,TMS320VC5409。 TMS320C55X，定点DSP： TMS320C3X，浮点DSP：TMS320VC33。 TMS320C4X，浮点DSP：TMS320C40,TMS320C44。 TMS320C62X，定点DSP：TMS320C6201,TMS320C6202,TMS320C6203， TMS320C6204,TMS320C6205。 TMS320
9、C64X，定点DSP：TMS320C6414,TMS320C6415,TMS320C6416。 TMS320C67X，浮点DSP：TMS320C6701,TMS320C6711,TMS320C6712。 TMS320C80：多处理器。 TI公司的DSP产品 智 能 测 控 系 统 导 论 TI公司的TMS320C28X系列 智 能 测 控 系 统 导 论 TI公司的TMS320C28X系列续 智 能 测 控 系 统 导 论 TI公司的TMS320C28X系列续 智 能 测 控 系 统 导 论 TI公司的TMS320C28X系列续 智 能 测 控 系 统 导 论 选择DSP芯片应考虑如下因素：
10、1. DSP芯片的运算速度 MIPS：每秒执行百万条指令； MOPS：每秒执行百万次操作； MFLOPS：每秒执行百万次浮点操作； BOPS：每秒执行十亿次操作； FFT执行时间：运行一个N点FFT程序所需要的时间； MAC时间：一次乘法加上一次加法的时间； 指令周期：执行一条指令所需的时间，以ns为单位。 2. DSP芯片的硬件资源 片内的各种存储器数量、各种通信接口、I/O接口、AD/DA 、定时中断、外部可扩展存储空间等。 DSP芯片的选择 智 能 测 控 系 统 导 论 3. DSP芯片的运算精度 定点的字长(如16位、24位、32位)、浮点的字长(如32位) 。 4. DSP芯片的功
11、耗 对便携式设备、手持设备、野外应用的场合，对功耗和电 源有特殊要求。 5. DSP芯片的开发工具 需要强大的开发工具的支持，包括软件和硬件的开发工具 ，缩短开发时间。 6. DSP芯片的价格 7. DSP芯片的封装、质量等级 智 能 测 控 系 统 导 论 D S P 向 多 核 化 发 展 TMS320C6678 智 能 测 控 系 统 导 论 DSP向多核化发展 TMS320C6678 智 能 测 控 系 统 导 论 TMS320F281x系列DSP是TI公司新推出的信号处理器，该系列处 理器是基于TM320C2xx内核的定点数字信号处理器。主要特点如 下： TMS320F281x系列D
12、SP采用高性能的静态CMOS技术。主频 达150MHz（时钟周期6.67ns）；低功耗设计；Flash编程电压为 3.3V。 支持JTAG边界扫描接口。 高性能32位CPU。1616和3232位的乘法累加操作； 16 16 位的双乘法累加器；哈佛总线结构；统一寻址模式；4MB的程序 /数据寻址空间；高效的代码转换功能（支持C/C+和汇编）； 与TMS320F24x/F240 x系列DSP代码兼容。 片上存储器。最多达128k16位的Flash存储器；最多达128k 16位的ROM；1k 16位的OTP ROM；L0和L1：两块4k 16位的 单周期访问RAM；H0：一块8k 16位的单周期访问
13、RAM；M0和 M1：两块1k 16位的单周期访问RAM。 6.3 TMS320F2812功能概述 智 能 测 控 系 统 导 论 引导（BOOT）ROM。带有软件启动模式；数学运算表。 外部存储器扩展接口：最多1MB的寻址空间；可编程等待周 期；可编程的读/写选择时序；3个独立的片选信号。 时钟和系统控制：支持动态改变锁相环的倍频系数；片上振 荡器；看门狗定时模块。 三个外部中断，外设中断扩展模块（PIE）支持45个外设中 断。 三个32位CPU定时。 128位保护密码：保护Flash/OTPROM和L0/L1 SARAM中的代 码，防止系统固件被盗。 两个事件管理器模块，每一个包括：两个1
14、6位通用定时器；8 通道16位PWM；三个完全比较单元；三个捕捉单元；正交脉冲 编码电路；同步模数转换单元。 串行通信外设：串行外设接口（SPI）；两个UART接口模块 （SCI）；增强的eCAN2.0B接口模块；多通道缓冲串口（ McBSP）。 TMS320F2812功能概述（续） 智 能 测 控 系 统 导 论 12位模数转换模块：28通道复用输入接口；两个采 样保持电路；单/连续通道转换；流水线最快转换周期 60ns，单周期最快转换周期200ns；可以使用两个事件 管理器顺序触发8对模数转换。 高达56个可配置通用目的I/O引脚。 先进的仿真调试功能。 低功耗模式和省电模式。 176引脚
15、BGA封装或176引脚LQFP封装或128引脚 LQFP封装。 -40 85或-40 125工作温度。 TMS320F2812功能概述（续） 智 能 测 控 系 统 导 论 TMS320F2812的片内外设非常丰富，处理器将所有的外设都 映射到数据存储器空间。每个外设被分配一段相应的地址空间， 主要包括配置寄存器、输入寄存器、输出寄存器和状态寄存器。 每个外设只要通过访问存储器中的寄存器就可以使用该设备。 6.4 TMS320F2812片内外设 智 能 测 控 系 统 导 论 6.4.1 TMS320F2812通用I/O 多功能复 用引脚 内部外 设功能 通用I/O 功能 方向寄 存器 量化寄 存器消 除毛刺 控制寄 存器 数据/置位/清除 /取反寄存器 智 能 测 控 系 统 导 论 TMS320F2812通用I/O F2812提供了多个通用目的数字量I/O引脚，这些引 脚绝大部分是多功能复用引脚，通过GPxMUX寄存器来 选择配置具体的功能。这些数字量I/O引脚可以独立操作 ，也可以作为外设I/O信号使用。如果引脚工作在数字量 I/O模式，通过方向控制寄存器GPxDIR控制数字量I/O的 方向，并可以通过量化寄存器GPxQUAL量化输入信号， 消除外部噪声信号。 如果多功能引脚配置成数字量I/O模式，则通过有关 寄存器对相应引脚进行操作。GPxSE
