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1、DSP控制器原理及其应用DSP 综述u第一部分：关于课程（课程简介）u第二部分： DSP 基本概念lDSP芯片分类lDSP芯片的应用lDSP与MCU硬件结构比较lDSP芯片的选择lDSP芯片的发展u第三部分： TI公司DSP概述u数字信号处理技术（Digital Signal Processing,DSP）：用数 学方法对数字信号进行处理，处理包括变化或提取相应的信息l经典的数字信号处理方法：时域：信号滤波FIR、IIR频域：频谱分析FFTl数字信号处理的特点：AiXi高速实时u数字信号处理器（Digital Signal Processor）：用于实时完成 数字信号处理的微处理器。DSP：特
2、指数字信号处理器什么是DSP？关于课程课程宗旨传统的数字信号处理课程，主要讲授有关的理论和算法，基本上不讨论实现技术；DSP芯片厂家的技术手册则只介绍产品的功能和性能。两者比较脱节，都不大利于工程应用。我们开设这门课程的目的，就是希望将两者有机地结合起来，通过授课、实验缩短同学开发DSP系统的时间，培养学生的工程素质和创新能力。先修课程（本课程）v单片机原理或微型计算机原理v数字信号处理技术（算法） （非必要）v具备专业知识（应用于本专业领域的算法非必要）关于课程DSP课程特点uDSP简单说就是高性能处理器，归纳处理器课程的特点：v理论性不强（犹如英语单词，无需溯源,软硬件都如此）v学习目的会
3、用（最大限度发挥其作用）v学习方法动手（练出来的，不是学出来的）处理器学习方法u微型计算机原理 20多年 8088/8086 学到什么？u单片机原理 近20年 51系列学到什么？uDSP原理 不到10年 变化大 DSP结构与实验开发环境都会略有变化l类型多；更新换代快，处理器发展更新越来越快。如何学？u不是学习某一具体芯片。学习处理器课程要掌握的就是基本技能基本功。如何修炼基本功？u会找资料:充分利用网络资源（无所不有），提高查找资料能力u会看：教材或 data sheets.（*.pdf文件)。一般了解和详细使用u软件开发环境：熟悉一些仿真软件Keil51、CCS等；l找、看、用对比学习:（
4、 CPU、微控制器MCU、 DSP、嵌入式处理器）u动手：软硬件设计，遇到问题先找自己，才能积累软硬件设计技能u会借力：高手指点，是捷径；u最好的教师是自己：自己动手才有收获，特别是工程应用课程！设计中如何得到技术参考资料以及如何得到相关源码1）原则是碰到问题就去在TI网站的搜索中用keyword搜索资料，主要要注意的就是Application Notes，user guides 比如不知道怎样进行VC5402的McBSP编程，搜McBSP和VC5402 如果不知道如何设计VC5402和TLV320AIC23的接口以及编程，搜TLV320AIC23和VC5402; 这样可以搜到一堆的资料，这些
5、资料一般均有PDF文档说明和相应的源程序包提供，download后做少许改动即可2）版上发问3）google搜索4）再不济，找技术支持，碰运气了处理器工程应用（实战用）l选型（DSP、MCU及具体型号）；（靠只是储备）l熟悉有关模块详细结构及编程方法；(C或汇编)l熟悉开发软件（大多数是相通的）；l软件、硬件设计、调试、系统联调（调试功底相通）。主要内容DSP课程 = 教学实验uDSP课程教学内容l以F240，学会学习处理器的方法（硬件结构、指令系统、开 发）u实验开设l基本实验（统一安排）l综合实验（时间开放）l专题研究l科研实验开设实验室建设及资源u2001年建立DSP（F240）实验室u
6、2003年加入TI大学计划u“研究生创新实验室”成立时，成为课程之一PCITDS510 18套 F240EVM 18套 TMDXeZD2812 F2812DSK 15套闻亭2407 USB仿真器 5套TMDS3P701016A 2407 EVM 2套TMDS DSK 5416 15套TMDS DSK 5510 2套感谢的TI支持第一部分： DSP 基本概念DSP芯片的分类 DSP芯片主要可以按照下列两种方式进行分类。u按数据格式分 定点DSP芯片 浮点DSP芯片 u按用途分 通用型DSP芯片 专用型DSP芯片 DSP芯片的应用 (1) 信号处理如数字滤波、自适应滤波、快速傅立叶变换、 相关运算
7、、谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形产生等；(2) 通信如调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩 、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、可视电 话等；(3) 语音如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说 话人辨认、说话人确认、语音邮件、语音存储等；(4) 图形/图像如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、 图像增强、动画、机器人视觉等；DSP芯片的应用(5) 军事如保密通信、雷达处理、声纳处理、导航、导弹制 导等；(6) 仪器仪表如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理等 ；(7) 自动控制如引擎控制、声控、自动驾驶、机器人控制、 磁盘控制等；(8) 医疗如助听、超声设备、诊断工
8、具、病人监护等；(9) 家用电器如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与 游戏、数字电话/视等。DSP的应用正在日益发展PDA巡航导弹移动通信系统80%的手机采用了TI的 DSP Core还可以举出很多例子v医院用的B超、CT、核磁共振v卫星遥感遥测v天气预报、地震预报、地震探矿 v风洞试验v数字化士兵、数字化战争v.vDSP的应用领域取决于设计者的想象空间DSP与MCU硬件结构比较DSP(数字信号处理器)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，算法的高效实现是DSP器件的设计核心。DSP在体系结构设计方面的很多考虑都
9、可以追溯到算法自身的特点。DSP与MCU硬件结构比较u改进的哈佛结构、多总线：片内多条数据、地址和控制总线冯诺依曼结构 改进哈佛结构多数CPU采用 几乎所有DSP单片机哈佛结构：但共用一套AB和DB，由控制信号CS、DS区分 改进的哈佛结构CPU程序/数据 存储器CPU数据存 储器程序存 储器独立IO 空间总线结构多总线：片内多条数据、地址和控制总线。什么是总线？ AB、DB、CB3总线单片机、8086/8088等微处理器片内、片外各有几条总线？ROM/ FlashSARAMB0 DARAMB1, B2 DARAMMemory- Mapped Registers外部地址 总线外部数 据总线Co
10、ntrol BusPABDRABDWABPRDBDRDBDWEBExternal SignalsCPUOn-Chip Peripherals/ RegistersDSP与MCU硬件结构比较u改进的哈佛结构、多总线：片内多条数据、地址和控制总线u流水线技术：多个控制和运算部件并行工作流水线操作（4级流水线）100指令周期 101102103104105106SubMpyStoreF2D2AddF1D1R1E1R2D3F3F4E2R3D4E3R4E4独立执行部件： F取指 D译码 R读数 E执行 完整的流水线顺序执行 ADD SUB TI流水线26级CPUCLK取指令 N N+1 N+2 N+3
11、译码 N-1 N N+1 N+2取操作数 N-2 N-1 N N+1执行 N-3 N-2 N-1 N图 四级流水线 C2的CPU运行于4级流水线方式 DSP与MCU硬件结构比较u改进的哈佛结构、多总线：片内多条数据、地址和控制总线u流水线技术：多个控制和运算部件并行工作u硬件乘法器u特殊指令： MAC（连乘加指令，单周期同时完成乘法和加法运算） RPTS和RPTB（硬件判断循环边界条件，避免破坏流水线）u特殊寻址方式： 位倒序寻址（实现FFT快速倒序） 循环寻址u特殊片内外设： 可编程等待电路（便于与慢速设备接口） 数字锁相电路 PLL（有利系统稳定）u丰富片内外设：定时器、异步串口、同步串口
12、、DMA控制器、A/D和通用I/O口 、PWM、CAN等u丰富片内存储器类型：RAM、DARAM、ROM、Flash、SARAM等，新的DSP芯片采用 Cache(高速缓存)机制，解决存储器速度与DSP内核速度不匹配的问题 DSP与MCU硬件结构比较需要说明的是：u两者在不断融合，取其优势u差异越来越不是那么明显DSP与MCU软件开发比较q 模块化：按功能模块编程q 工程化：软硬人员分离MCU： ORG xxxx，绝对定位 优点：简单、容易上手 缺点：模块化编程差工程化不支持DSP: Section：相对定位 缺点：灵活、上手较难 优点：模块编程好工程化编程支持DSP软件开发q Section
13、（ “段”）概念：一块连续的储存空间，可存放程序或数据q 在编程时，“段”没有绝对定位，每个“段”都认为是从0地址开始的一块连续的储存空间，而无需关心这些“段”究竟定位在系统的哪些地方。q 优点：便于程序的模块化编程；便于工程化管理：可将软件开发人员和硬件开发人员基本上分离开。q 重定位：由于所有的“段”都是从0地址开始，所以程序编译完成后是无法运行的，要让程序正确运行，必须对“段”进行重新定位，这个工作由链接器完成。q .cmd文件：MEMORY命令描述系统硬件资源，SECTIONS命令描述软件人员程 序中用到的“段”如何定位到恰当的硬件资源上。 DSP与MCU开发工具比较MCU： 代替方式
14、（仿真头替代MCU） 硬件时序为仿真器硬件时序 ，与目标系统时序有一定差 异 或多或少占用目标硬件资源 仿真头制作较难 仿真电缆较短，使用不便 不同MCU，工具不同，用户投 资加重 DSP： 接口方式（JTAG） 硬件时序即为目标系统 时序 不占目标系统硬件资源 仿真头制作方便 仿真电缆较长，使用方 便 不同的DSP，仿真接口标 准JTAG，工具相同，用 户投资有保障DSP与MCU硬件开发比较uMCU硬件开发基本功可以移植到DSP开发uDSP处理速度一般稍高，注意高速PCB制作事项DSP芯片的选择（选择顺序按情况定）1. DSP 芯片的运算速度（各厂商）2. DSP 芯片的价格3. DSP 芯片的硬件资源（存储器、ADC、PWM等等）4. DSP 芯片运算精度5. DSP 芯片开发工具： 软件 硬件6. DSP 芯片功耗7. 其他：封装、应用场合（民品，工业品，军品）、售后服务TI DSP的选型主要考虑处理速度、功耗、程序存储器和数据存储器的容量 、片内的资源，如定时器的数量、I/O口数量、中断数量、DMA通道数等。 DSP的主要供应商有TI，ADI，Motorola,Lucent和Zilog等，其中TI占有最 大的市场份额。（先入为主）DSP芯片的发展（1）u1978年AMI公司推出S2811世界上第一片DSP ；u1979年INTEL公司推出29
