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1、DSP设计与实现,1 绪论 2 TMS320C54x的结构原理（P39） 3 TMS320LF24x的结构原理（P86） 4 DSP的软件设计及C语言开发（P173） 5 DSP集成开发环境CCS（P309） 6 系统应用程序设计（P345）,本课程主要结合TMS320C54x、 TMS320LF240X两个系列DSP介绍DSP的相关结构原理、开发技术。,DSP,Digital Signal Processing,Digital Signal Processor,1 绪论 1.1 什么是DSP,?,DSP（数字信号处理）是一门涉及多门学科并广泛应用于很多科学和工程领域的新兴学科。,数字信号处理
2、包括两个方面的内容:1）算法的研究 2）数字信号处理的实现 ,1.1 什么是DSP,典型的DSP算法,DSP-数字信号处理器 采用哈佛结构具有加速复杂运算的微处理器 (CPU)：硬件乘法器(MPY) 算术运算单元(ALU) 多总线访问机制 实现 2n 次乘法/加法运算的硬件移位寄存器,1.1 什么是DSP,实现方法,1)软件法（计算机高级语言编程、非实时性、算法模拟）,2)硬件法（数字电路）,3)软硬件结合法(微处理器系统),1.2 数字信号处理的实现, 通用计算机系统中加入专用的加速处理机； 单片机，用于不太复杂的数字信号处理； 专用的DSP芯片，用户无需编程； 通用的可编程DSP芯片，具有
3、可编程性和强大的处理能力，在实时DSP领域中处于主导地位； 基于通用DSP核的ASIC(Application Specific Integrated Circuit)芯片实现。DSP核是通用DSP器件中的CPU部分，再配上用户所需的存储器和外设组成用户的ASIC。 ARM FPGA。 或以上处理器相互结合,1.3 DSP的主要技术指标,1) 时钟频率 外部时钟频率，一般指晶振频率； 内部工作主频，反映DSP的数据处理速度。主频=晶振频率X锁相环的倍频系数。通常，DSP采用较低的晶振(减少干扰)经倍频得到较高的主频以提高数据处理速度。,2）机器周期DSP执行一条指令所需要的时间。DSP的大部分
4、指令都是单周期的，也能反映DSP的数据处理速度。,3）MIPSMillions of Instruction Per Second,每秒执行百万条指令。综合了时钟频率、并行度、机器周期等来反映处理速度的指标，与机器周期互为倒数。,1.3 DSP的主要技术指标,3) MOPSMillions of Operation Per Second, 每秒执行百万次操作。操作次数指令条数，不同的DSP对操作的定义不同，不同的指令所需要完成的操作次数也不同。,4）MFLOPSMillions of Float Operation Per Second，每秒执行百万次浮点运算。是衡量浮点DSP运算能力的指标之
5、一。,5）MACS1s之内DSP完成乘积累加的次数。,以上指标只是反映DSP片内全速运行的速度，不代表整个系统的处理速度。,1.4 TI DSP分类,定点式：动态范围小，易溢出，需利用定标防止溢出；功耗低。 浮点式：动态范围大，没有溢出风险；功耗较大。,四个工作平台,C2x、C24x、240x、28xx称为C2000系列，主要用于优化和数字控制系统；C54x、C55x称为C5000系列，主要用于功耗低、便于携带的通信终端；C62x、C64x和C67x称为C6000系列，业内最快的处理器提高单片的多通道的处理能力，主要用于高性能复杂的通信系统，如移动通信基站，图像处理。 TMS320C3X 浮点
6、处理器用于图像处理和工业控制,符号含义： C CMOS LC 3.3V,低功耗, CMOS F 片内带Flash LF 3.3V,低功耗,片内带Flash A 芯片带加密位,1.4 TI DSP分类,1.4.1 C2000 数字信号控制器 (DSC (Digital Signal Controller) 平台结合 MCU 的控制功能与DSP 的高性能融合了控制外设的集成功能与微控制器 (MCU) 的易用性，以及TI先进DSP技术的处理能力和 C 语言编程效率。包括16位定点的24x 、32位定点的28x 、32 位定点或浮点的28x Piccolo、32位浮点的28x Delfino(F283
7、xx)系列等。适用于嵌入式工业应用，如数字马达控制、数字电源、光学网络以及智能传感器等。,C28x的是世界上在数字控制应用方面最高性能的DSPs核心。内含flash内存以及高达150MIPS的DSPs。提供高达400 MIPS的计算频宽,能够实时处理许多复杂的控制算法,如：无感测速度控制、随机的PWM、功率因子改善等。C28亦是世界上程序代码最有效率的DSPs，且程序代码与目前所有的C2000 DSPs的兼容。,特性： 375 ns (最短转换时间) 的模数(A/D) 转换器 死区逻辑 多个 10 位模数转换器 多 个 16 位通用定时器 看门狗定时器模块 多个 PWM 通道 多达 几十 个
8、GPIO 引脚 多个外部中断 多个事件管理器 高达 32K 字的片上分区闪存 控制域网络 (CAN) 接口模块 串行通信接口 (SCI) 串行外设接口 (SPI) 多个捕获单元 (4 个支持QEP） 启动 ROM (LF240xA 器件）,1.4.1 C2000 数字信号控制器 (DSC)(16位/32位/定点/浮点),1.4.2 TMS320C5000 平台(定点)低功耗与高性能相结合可提供业界最低的待机功耗( 0.15mW)，工作功率低于 0.15mW/MHz， 执行速度高达900 MIPS，满足实时嵌入设备的要求，同时还支持高级自动化电源管理，能够充分满足诸如数字音乐播放器、VoIP(V
9、oice over Internet Protocol)、免提终端附件、GPS 接收机以及便携式医疗设备等个人及便携式产品的需求。包含C54xx系列和55xx系列。,C54xx系列特性： 16 位定点 DSP 功耗低至 40 mW 单内核与多内核产品，性能范围为 30532 MIPS 具有 1.2、1.8、2.5、3.3 以及与5 V 版本。,C54xx系列特性： 集成 RAM 与 ROM 配置 自动缓冲型串行端口 多通道缓冲型串行端口 主机端口接口 超薄封装(100、128、144、176引脚的 LQFP 封装；143、144、176 与 169 引脚的 MicroStar BGAs 封装）
10、 每个内核均具有一个 6 通道DMA 控制器 应用范围：数字蜂窝通信、个人通信系统、寻呼机、个人数字助理、数字无绳通信设备、无线数据通信、免提车载套件、计算机语音电话系统、语音分组、便携式因特网音频设备、调制解调器特性。,1.4.2 TMS320C5000 平台,C55xx系列特性： 业界电源效率最高的 DSP 系列，待机功耗低至0.12 mW，性能高达 600 MIPs 业界最低的待机功耗，能够显著延长电池使用寿命 与所有 C5000 DSP 实现了软件兼容 简单易用的软件与开发工具大幅加速产品上市进程。 高级自动电源管理 可配置的闲置域可延长电池使用寿命 更短的调试时间可加速产品上市进程
11、大容量片上 RAM，达 32 KB 320 KB 应用范围：特性丰富的微小型便携式数字音频产品 (MP3/AAC)、(IP) PBX、免提车载套件、便携式医疗设备、低成本 VoIP/DECT 电话、便携式仪表、指纹图案识别以及 GPS 接收机等。,1.4.2 TMS320C5000 平台,黄色为54x的； 绿色为55x比54x增多的；,1.4.2 TMS320C5000 平台,55x与54x在常用算法执行上的比较：,1.4.2 TMS320C5000 平台,1.4.3 TMS320C6000 平台(32位定点/浮点)最高性能种类最丰富的最高性能 DSP 产品系列。款采用 90 纳米工艺节点的D
12、SP, 频率高达 1.2 GHz, 速度高达24,000 MMACS, 功效（低至 470mW 工作功耗/7mW 待机功耗）、包含62x、64x、67x、645x、667x、674x系列，还具有多核及C6000+ARM系列，适用于视频、影像、通信和宽带基础设施、工业、医疗、测试和测量、高端计算和高性能音频等应用。以及高性能音频等应用领域。, C6000 DSP 平台 100% 向上代码兼容性。 最具简单易用性的集成开发环境配合业界最优化的C语言编译器。,C642x DSP 拥有 C6421 以及 C6424 DSP 两种版本，它们具有引脚兼容性，且可全面扩展速度和/或特性，拥有 400、500
13、 以及 600 MHz 等速度版本，并且具有相同的原始处理能力，只是在片上存储器与外设方面有所差异。,TMS320C64x DSP 系列-最佳性价比的定点 DSP,TMS320DM64xx-达芬奇(DaVinci)/数字媒体处理器,TMS320DM64x 数字媒体处理器专为视频而精心优化，包含各种高性能、低成本选项。TMS320DM64x 系列数字媒体处理器不仅具有全面可编程性，而且还可提供业界领先的高性能，能够充分满足要求最严格的流式多媒体应用的需求。此外，TI 还可提供丰富的配套模拟部件、简单易用的开发工具以及广泛的视频与影像第三方算法等。,1.4.3 TMS320C6000 平台(32位
14、定点/浮点),通过 Serial RapidIO 及其他高带宽外设支持高性能多处理功能，频率高达 1.2 GHz。 特性： 基于 TMS320C64x+ 内核之上，720 MHz、850 MHz、900 MHz、1 GHz 和 1.2 GHzTMS320C6455 DSP 可提供 Serial RapidIO，能够实现 DSP 至DSP、DSP 至开关以及 DSP 至 FPGA 之间的互连。 TMS320C6452 DSP 拥有带两个EMAC端口的千兆以太网交换 机，能够轻松实现扩展。 增强型内核可使周期性能提高20%。 就16位小型指令与SPLOOP缓冲器而言，代码尺寸减小了 2030%。,
15、TMS320C645x DSP 系列-业界速度最快的单内核 DSP,1.4.3 TMS320C6000 平台(32位定点/浮点),TMS320C647x 多核 DSP(最高性能的多核DSP)多个 C64x+ 内核集成在一个芯片上， 具有高达 4.2GHz 的性能, 还包含业界功耗最低的多核器件, 最佳功率性能的多核 DSP 具有 3GHz 性能（在 6.5 MMAC/mW 时） 具有高达 33,600 MMACS（16 位）的测试性能 与基于 C64x 或 C64x+ 内核的 TI 单核 DSP 100% 的代码兼容性 ;还具有：串行器/解串器 (SERDES) 接口和串行快速 I/O (SR
16、IO) ; SGMII 以太网 MAC (EMAC) ，天线接口 (AIF) ，高达 4.8MB 的 L1/L2 RAM ，在芯片上以 667 MHz 运行的TI 最快速的 DDR2 存储器接口，C647x 多核 DSP 应用 ：通信基础设施、高端产业、任务关键型应用、测试和测量、医疗成像等。,1.4.3 TMS320C6000 平台(32位定点/浮点),1.4.4 开放式多媒体应用程序平台OMAP(Open Multimedia Applications Platform)TI公司推出的专门为支持第三代（3G）无线终端应用而设计的应用处理器体系结构。该处理器结合了TI公司的DSP处理器核心以及ARM公司的RISC架构处理器，成为一款高度整合性的片上系统（SOC，System of Chip），OMAP处理器平台提供了语音、数据和多媒体所需的带宽和功能，可以极低的功耗为高端3G无线设备提供极佳的性能。OMAP嵌入式处理器系列包括应用处理器及集成的基带应用处理器，目前已广泛应用于实时的多媒体数据处理、语音识别系统、互连网通信、无线通信、PDA、Web记事。,
