《TMS320系列DSP原理、结构及应用 教学课件 ppt 作者 党瑞荣 等 34267《TMS320系列DSP原理、结构及应用》党瑞荣》由会员分享，可在线阅读，更多相关《TMS320系列DSP原理、结构及应用 教学课件 ppt 作者 党瑞荣 等 34267《TMS320系列DSP原理、结构及应用》党瑞荣（578页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,TMS320系列DSP原理、结构及应用,第一章 绪论,1.1信号处理技术基础重要概念,（1）信号和信息 信号是信息的载体。 所谓信息是指人类对外界事物的感知，如温度、声音、图像等都是信息的表现形式。 随着技术的进步，对信息的表达、获取、传递的能力也在不断地发生着变换，例如从远古时代的手势、击鼓、烽火、旗语变化到今天的电报、电话、广播、电视、多媒体、互联网等。,信号分类,时间连续性：连续信号（模拟信号）、时域离散信号和数字信号。,信号的函数表示：确定信号和随机信号,信号的周期性：周期信号和非周期信号,信号 的能量：功率信号和能量信号。,第一章 绪论,（2）系统 系统是指信号处理过程中硬件设备的
2、总称，它把感知的信息处理成人们可以直接观察的形式。若信号的处理是通过模拟部件实现的，则称为模拟系统；若信号的处理是通过数字部件完成的，则称为数字系统。,（3）信号处理 信号处理是指将信号从一种形式变成另一种形式的算法或结构，比如将信号从时域转化为频域，从模拟信号转换为数字信号等。信号处理的内容涉及广泛，尤其信号的数字处理为信号处理带来了广阔的前景。,由信号、系统和信号处理的定义，可以清晰地看到它们之间的关系，即信号分析是基础，系统分析是桥梁，信号处理是手段，系统综合是目的。信号处理作为手段，贯穿信号分析、系统分析、系统综合的始终。,1.1信号处理技术基础重要概念,第一章 绪论,1.1信号处理技
3、术基础数字信号处理,数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字的形式对信号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估算、压缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用。与模拟信号处理相比，数字信号处理具有精确、灵活、抗干扰能力强、可靠性高、体积小、易于大规模集成等优点。,DSP可以代表数字信号处理技术（Digital Signal Processing）也可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor），其实两者是密切相关的，前者是理论和计算方法上的技术，后者是指实现这些技术的通用或专用可编程微处理器芯片。本书中，DSP这一英文缩写是指数字信号处理器。,
4、数字信号处理是以众多学科为理论基础的，所涉及的范围极其广泛。如在数学领域中，微积分、概率统计、随机过程、数字分析等都是数字信号处理的基础工具。它与网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等密切相关。近年来，一些新兴学科，如人工智能、模式识别、神经网络等都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是将许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。,第一章 绪论,1.1信号处理技术基础数字信号处理,数字信号处理包括算法研究和实现方法两个方面的内容： 1算法研究。算法研究是指如何以最小的运算量和存储器的使用量来完成指定的任务。20世纪60年代出现的快速傅
5、里叶变换（FFT），使数字信号处理技术发生了革命性的变化。近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅速的发展，诸如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴别，信号的调制与解调、加密和解密，信道的辨识与均衡，智能天线，频谱分析等各种快速算法都成为研究的热点，并取得了长足的进步，为各种实时处理的应用提供了算法基础。 2数字信号处理的实现。数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬件相结合的方法来实现各种算法。,数字信号处理的实现一般有以下几种方法： （1）在通用计算机上用软件（如Fortran、C语言）实现，但速度慢，主要用于算法的模拟； （2）在通用计算机系统中加入专用的加速处理器，以增强运算能力和提高运算
6、速度。不适合于嵌入式应用，专用性强，应用受到限制； （3）用单片机实现，用于不太复杂的数字信号处理。不适合于以乘法-累加运算为主的密集型运算； （4）用通用的可编程 DSP 芯片实现，具有可编程性和强大的处理能力，可完成复杂的数字信号处理的算法，在实时 DSP 领域中处于主导地位； （5）用专用的 DSP 芯片实现，可用在要求信号处理速度极快的特殊场合，如专用于 FFT、数字滤波、卷积、相关算法的 DSP 芯片，相应的信号处理算法由内部硬件电路实现。用户无需编程，但专用性强，应用受到限制； （6）用基于通用 DSP核的ASIC芯片实现。,1.1信号处理技术基础数字信号处理,第一章 绪论,第一章
7、 绪论,1.2 DSP芯片概述,1. DSP 芯片的发展概况,DSP 芯片诞生于 20 世纪 70 年代末，至今已经得到了突飞猛进的发展，并经历了以下三个阶段: 第一阶段，DSP 的雏形阶段（1980 年前后）。 1978 年 AMI公司生产出第一片 DSP 芯片 S2811。 1979 年美国 Intel 公司发布了商用可编程 DSP器件 Intel2920。 代表性器件主要有：Intel2920（Intel）、PD7720（NEC）、TMS320C10（TI）、DSP16（AT&T）、S2811（AMI）、ADSP-21（AD公司）等,第一章 绪论,第二阶段，DSP 的成熟阶段（1990
8、年前后）,许多国际上著名集成电路厂家都相继推出自己的 DSP 产品。如：TI 公司的 TMS320C20、30、40、50 系列，Motorola 公司的DSP5600、9600 系列，AT&T 公司的 DSP32 等。这个时期的 DSP 器件在硬件结构上更适合于数字信号处理的要求，能进行硬件乘法、硬件 FFT 变换和单指令滤波处理，其单指令周期为80100ns。 20世纪 80 年代后期，以 TI 公司的 TMS320C30 为代表的第三代 DSP 芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域,第三阶段，DSP 的完善阶段（2000 年以后）。 这一时期各 DS
9、P 制造商不仅使信号处理能力更加完善，而且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上，大大地提高了数字信号处理能力。这一时期的 DSP运算速度可达到单指令周期10ns左右，有的芯片可以达到0.5ns，可在Windows环境下直接用C语言编程，使用方便灵活，使 DSP 芯片不仅在通信、计算机领域得到了广泛的应用，而且逐渐渗透到了日常消费领域。 目前，DSP 芯片的发展非常迅速。硬件结构方面主要是向多处理器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驱动能力、外围电路内装化、低功耗等方面发展
10、。软件方面主要是综合开发平台的完善，使DSP 的应用开发更加灵活方便。,第一章 绪论,第一章 绪论,1.2 DSP芯片概述 2.DSP芯片的特点,(1)采用哈佛结构,DSP 芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构（Harvard）或改进的哈佛结构，比传统处理器的冯诺依曼（Von Neumann）结构有更快的指令执行速度。,图1.2-1 冯诺依曼结构,第一章 绪论,1.2 DSP芯片概述 2.DSP芯片的特点,哈佛结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大
11、大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理,图1.2-2 哈佛结构,第一章 绪论,1.2 DSP芯片概述 2.DSP芯片的特点,改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线，即一条程序总线和多条数据总线。结构如图1.2-3所示。其特点如下： （1）允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据，使这些数据可以由算术运算指令直接调用，增强了芯片的灵活性； （2）提供了存储指令的高速缓冲器（Cache）和相应的指令，当重复执行这些指令时，只需读入一次就可连续使用，不需要再次从程序存储器中读出，从而减少了指令执行所需要的时间。,第一章 绪论,1.2 DSP芯片概述 2.DSP芯片的
12、特点,图1.2-3 改进的哈佛结构,第一章 绪论,（2）采用多总线结构,1.2 DSP芯片概述 2.DSP芯片的特点,DSP 芯片都采用多总线结构，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 CPU 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，大大提高了 DSP 的运行速度。如：TMS320C54x 系列内部有 P、C、D、E 等 4 组总线，每组总线中都有地址总线和数据总线，这样在一个机器周期内可以完成如下操作： （1）从程序存储器中取一条指令； （2）从数据存储器中读两个操作数； （3）向数据存储器写一个操作数。,第一章 绪论,1.2 DSP芯片概述
13、 2.DSP芯片的特点,（3）采用流水线技术,每条指令可通过片内多功能单元完成取指、译码、取操作数和执行等多个步骤，实现多条指令的并行执行，从而在不提高系统时钟频率的条件下减少每条指令的执行时间。以四级流水线为例，其流水线结构如图1.2-4所示。,图1.2-4 四级流水线操作过程,第一章 绪论,1.2 DSP芯片概述 2.DSP芯片的特点,（4）专用的硬件乘法器,在通用的微处理器中算法指令需要多个指令周期，如 MCS-51的乘法需要4个周期。相比而言，DSP芯片的特征就是有一个专用的硬件乘法器，乘法可以在一个指令周期内完成，还可以与加法并行进行，完成一个乘法和一个加法只需一个指令周期。在TMS
14、320C3x系列DSP芯片中，有一个硬件乘法器；在TMS320C6000系列中则有两个硬件乘法器。,第一章 绪论,1.2 DSP芯片概述 2.DSP芯片的特点,（5）采用特殊的DSP指令 DSP芯片的另一个特点是采用特殊的指令，这些特殊的指令进一步提高了DSP芯片的处理能力。比如TMS320C3x用于卷积和付氏变换的位翻转指令和循环寻址指令，多片DSP间通信的互锁指令等。 （6）硬件功能强大 新一代的DSP芯片具有较强的接口功能，除了具有串行口、DMA控制器、软件可编程等待状态发生器等片内外设外，还配置中断处理器、PLL（锁相环）、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
15、控制的处理系统。,第一章 绪论,1.2 DSP芯片概述 1.2.3 DSP主要生产厂商及产品,在生产通用性DSP厂家中，最有影响的有：AD公司、AT&T公司、Motorola公司、NEC公司和TI（美国德州仪器公司）。各生产厂商的主要产品系列如下：,1AD公司 定点DSP： ADSP21xx系列， 16位， 40MIPS（每秒执行百万条指令） 浮点DSP： ADSP21xx系列， 16位， 40MIPS 并行浮点DSP： ADSP2106x系列， 32位， 40MIPS； 超高性能DSP： ADSP21160系列， 32位， 100MIPS 2AT&T公司 定点DSP： DSP16系列， 16
16、位， 40MIPS 浮点DSP： DSP32系列， 32位， 125MIPS,第一章 绪论,1.2 DSP芯片概述 1.2.3 DSP主要生产厂商及产品,3Motorola公司 定点DSP： DSP56000系列， 24位， 16MIPS 浮点DSP： DSP96000系列， 32位， 27MIPS 4NEC公司 定点DSP: PD77Cxx系列， 16位 PD770xx系列， 16位 PD772xx系列， 24位或32位 5TI公司 该公司自1982年推出第一款定点DSP芯片以来，相继推出定点、浮点和多处理器三类运算特性不同的DSP芯片，共发展了七代产品。其中定点运算单处理器DSP有七个系列，浮点运算单处理器的DSP有三个系列，多处理器的DSP有一个系列。主要按照DSP的处理速度、运行精度和并行处理能力分类，每一类产品的结构相同，只是片内存储器和片内外设配置不同。,第一章 绪论,1.2 DSP芯片概述 1.2.4 DSP芯片的分类,1定点与浮点DSP
