tigersharc系列dsp应用教程

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1、 TigerSHARC 系列系列 DSP 应用教程应用教程 苏苏 涛涛 崔向阳崔向阳 西西 安安 电电 子子 科科 技技 大大 学学 雷达信号处理国家重点实验室雷达信号处理国家重点实验室 20092009 年年 5 5 月月 目录目录 2 TIGERSHARC 系列系列 DSP 应用教程应用教程 1 第第 1 章章 DSP 技术综述技术综述 4 1.1 数字信号处理器的发展和特点 4 1.2 数字信号处理器的应用领域 6 第第 2 章章 ADSP-TS201S 处理器结构与功能处理器结构与功能 7 2.1 ADSP-TS201S 处理器概述 7 2.2 ADSP-TS201S 的计算块 13

2、2.2.1 寄存器组 13 2.2.3 CLU16 2.2.4 乘法器 17 2.2.5 移位器 19 2.3 IALU20 2.3.1 IALU 寄存器 21 2.3.2 IALU 算术、逻辑和函数操作 21 2.3.3 IALU 执行状态与执行条件 22 2.3.4 IALU 执行条件 22 2.3.5 IALU 数据寻址和传送操作 23 2.4 程序控制器 23 3 2.5 存储器组织 23 2.5.1 主机寻址空间 24 2.5.2 处理器内部存储空间 24 2.5.3 外部存储器寻址空间 24 2.5.4 多处理器寻址空间 25 2.6 链路口 26 2.6.1 链路口寄存器 26

3、2.6.2 链路口模式设置 26 2.6.3 链路口 DMA27 2.6.4 链路口连接与通信 28 2.6.5 链路口服务请求中断 28 2.7 SDRAM 接口 28 2.7.1 概述 28 2.7.2 SDRAM 控制寄存器（SDRCON）29 2.8 DMA30 2.8.1 概述 30 2.8.2 DMA 状态和控制寄存器组 30 2.8.3 链式 DMA32 2.8.4 DMA 中断 32 4 2.9 中断 33 2.9.1 中断的处理过程 33 2.10 ADSP-TS201S 引脚说明 34 第三章第三章 TIGERSHARC 指令系统指令系统 37 3.1 TIGERSHARC

4、 指令系统特点 37 3.1.1 TigerSHARC 结构与指令特点 37 3.1.2 指令行结构 37 3.2 指令集 41 3.2.1 ALU 指令 41 3.2.2 乘法指令 52 3.2.3 移位器指令 58 3.2.4 IALU 指令 62 3.2.5 程序流控制指令 68 第第 4 章章 ADSP 的软件开发的软件开发 73 4.1 DSP 的软件开发流程 73 4.2 开发工具 VISUALDSP+概述 74 4.3 集成开发环境 74 4.3.1 创建一个新的工程文件 75 5 4.3.2 设置工程选项 75 4.3.3 添加或编辑工程源文件 81 4.3.4 生成一个调试版

5、的工程 82 4.3.5 调试一个工程 83 4.3.6 生成一个正式版的工程 83 4.4 选择合适的调试平台 83 4.4.1 安装仿真器驱动软件 83 4.4.2 选择调试平台 85 4.5 DEBUGGER 工具 89 4.5.1 程序调试（Debug）操作 89 4.5.2 程序性能分析操作 89 4.5.3 设置观察点和断点 90 4.5.4 模仿硬件环境 91 4.5.5 寄存器窗口操作 91 4.5.6 存储器窗口操作 92 4.5.7 其它窗口操作 94 4.6 编写链接描述文件 94 4.7 编程练习 99 4.7.1 DFT 汇编例子 99 6 4.7.2 DFT C 程

6、序例子 101 4.7.3 FIR 汇编的例子 101 4.7.4 SDRAM 和内部存储器的 DMA 通信（利用 EZ- KIT）102 4.7.5 编写 C 程序,建立磁盘文件，练习读写数据 104 4.7.6 调试器和 EZ-KIT 板的性能比较 104 4.7.7 用 ADSP_TS201 EZ-KIT 板实现定时器 105 4.7.8 用链路口实现数据传输 107 4.7.9 DSP 实验课大作业设计 107 第第 1 章章 DSP 技术综述技术综述 数字信号处理相对于模拟信号处理有很大的优越性， 表现在精度高、灵活性大、可靠性好、易于大规模集成等 方面。随着人们对实时信号处理要求的

7、不断提高和大规模 集成电路技术的迅速发展，数字信号处理技术也发生着日 新月异的变革。 7 1.11.1 数字信号处理器的发展和特点数字信号处理器的发展和特点 实时数字信号处理技术的核心和标志是数字信号处理 器（DSP） 。数字信号处理有别于普通的科学计算与分析， 它强调运算处理的实时性，因此 DSP 除了具备普通微处 理器所强调的高速运算和控制功能外，针对实时数字信号 处理，在处理器结构、指令系统、指令流程上做了很大的 改动，其结构特点如下： 1) DSP 普遍采用了数据总线和程序总线分离的哈佛结构及 改进的哈佛结构，比传统处理器的冯诺依曼结构有更 高的指令执行速度； 2) DSP 大多采用流

8、水技术，即每条指令都由片内多个功能 单元分别完成取指、译码、取数、执行等多个步骤，从 而在不提高时钟频率的条件下减少了每条指令的执行时 间； 3) 片内有多条总线可以同时进行取指和多个数据存取操作， 并且有辅助寄存器用于寻址，它们可以在寻址访问前或 访问后自动修改内容，以指向下一个要访问的地址； 4) 针对滤波、相关、矩阵运算等需要大量乘法累加运算的 8 特点，DSP 配有独立的乘法器和加法器，使得同一时钟 周期内可以完成相乘、累加运算，最新出现的如 ADSP-TS101、ADSP-TS201 系列的 DSP 可以同时完成 乘、加、减各 2 次运算，大大加快了 FFT 的蝶形运算 速度； 5)

9、 许多 DSP 带有 DMA 通道控制器，以及串口通信等， 配合片内多总线结构，数据块传送速度大大提高； 6) 配有中断处理器和定时控制器，可以很方便地构成一个 小规模系统； 7) 具有软、硬件等待功能，能与各种存储器连接。 数字信号处理器（DSP） 、通用微处理器（MPU） 、微 控制器（MCU）三者的区别在于：DSP 面向高性能、重 复性、数值运算密集型的实时处理；MPU 大量用于计算 机；MCU 则用于以控制为主的处理过程。而 DSP 本身具 有以下功能，提高了实时数字信号处理的性能： 1) 单指令周期的乘、加操作； 2) 特殊的高速寻址方式，可以在其他操作进行的同时完成 地址寄存器指针

10、的修改，并具有循环寻址、位反序寻址 功能。循环寻址用于 FIR 滤波器，可以省去相当于迟延 9 线功能的大量数据移动，用于 FFT 则可以紧凑地存放 旋转因子表；位反序有利于 FFT 的快速完成； 3) 针对实时处理所设计的存储器接口，能在单指令周期时 间内完成多次存储器或 I/O 设备访问； 4) 专门的指令集和较长的指令字，一个指令字同时控制片 内多个功能单元的操作； 5) 单片系统，易于小型化设计； 6) 低功耗，一般为 0.54W，采用低功耗技术的 DSP 只 有 0.1W，可用电池供电，对嵌入式系统很适合，而新 型 MPU，如 Pentium、Power PC 等功耗达 20-50W

11、。 因此，DSP 的运算速度要高得多。以 FFT、相关为例， 高性能 DSP 不仅处理速度是 MPU 的 410 倍，而且可以 流水无间断地完成数据的实时输入和输出。DSP 结构相对 单一，普遍采用汇编语言编程，其任务完成时间的可预测 性相对于结构和指令复杂（超标量指令） 、严重依赖于编 译系统的 MPU 要强得多。以一个 FIR 滤波器为例，每输 入一个数据，对应每阶滤波器系统需要一次乘、一次加、 一次取指、两次取数，有时还需要专门的数据移动操作， DSP 可以单周期完成乘加并行操作以及 34 次数据存取 10 操作，而普通 MPU 至少需要 4 个指令周期，因此在相同 的指令周期和片内缓存

12、条件下，DSP 是 MPU 运算速度的 4 倍以上。 正是基于 DSP 的这些优势，在高性能通用微处理器 片内已经融入了 DSP 的功能，从而使计算机在网络通信、 语音图像处理、实时数据分析等方面的效率大大提高。 自 1985 年第一片数字信号处理器 TMS320C10 产生以 来，DSP 发展大致经历了多个阶段，形成了目前 DSP 产 品的三类档次：第一类是低成本、低功耗、高性价比的 16bit 定点 DSP，应用最广泛，代表产品是 TMS320C2000、TMS320C5000、Blackfin 等型号；第二类 是 32bit 浮点 DSP，目前代表产品有 TMS320C3x、ADSP21

13、06x 等型号；第三类是性能更高的 DSP，如定点的 TMS320C62xx、TMS320C64xx，浮点的 TMS320C67xx、ADSP- TS10x、ADSP-TS20x 等型号。 不同类型的 DSP 适用于不同的场合。定点 DSP 可以 胜任大多数数字信号处理应用，速度比浮点 DSP 快，成 本、功耗比浮点 DSP 低；但在某些场合，当信号处理方 式复杂、数据的动态范围很大时，按定点处理就会发生数 11 据上溢出或下溢出，使信号处理无法进行。如果仍用定点 DSP，以移位定标或模拟浮点运算的方式，将使程序执行 速度大大降低。若采用浮点 DSP，就解决了这些问题。常 见的 16bit 定

14、点 DSP 动态范围仅 96dB，每增加 1bit，动态 范围增加 6dB；而 32bit 浮点数据的动态范围为 1536dB。 因此，浮点 DSP 的处理性能在许多情况下要比定点 DSP 高得多。32 位浮点 DSP 也可以完成 32 位定点运算（与定 点 DSP 用法一致） ，目前的浮点 DSP 还具备更大的存储访 问空间。更重要的是，浮点 DSP 的汇编程序比定点 DSP 的汇编程序简单:、易读、易编程、易调试，产生的代码也 短，与常用的 C 编程方法相近，因此目前高级语言（如 C 语言）编译器更适合于浮点 DSP，这使得普通计算机上 的源代码无需大的修改，就可以较方便地移植到 DSP

15、设 计中。 虽然目前已经有了峰值运算能力超过每秒 10 亿次的 DSP，但相对于人们要求的每秒几百亿次、上千亿次运算 来说仍远远不够。受到开关速度极限的限制，进一步提高 主频所遇到的难度和付出的成本越来越大，单处理器性能 的提高受到制约。为此，引入了并行处理技术。其实在 12 DSP 内部的多级流水处理、同时相乘/累加进行等功能中 已经融入了片内并行技术。TMS320C6x 采用超长指令字 （VLIW）和多级流水线技术，在每条 256bit 的指令字中 指定了多条流水线、多个处理单元的并行操作。在 DSP 外部也采用并行技术。以 TMS320C4x、SHARC、ADSP- TS10x 和 AD

16、SP-TS20x 等并行 DSP 为用户提供了设计大规 模并行系统的硬件基础，它们都提供了多通信（链路）口、 多 DSP 共享总线的控制逻辑。利用通信（链路）口可以 组成松耦合的分布式并行系统，利用共享总线控制逻辑， 可方便地直接构成共享总线/存储器的多 DSP 系统，即紧 耦合的总线共享式并行系统。 1.21.2 数字信号处理器的应用领域数字信号处理器的应用领域 随着 DSP 性能的迅速提高和成本价格的大幅度下降， DSP 的应用范围不断扩大，几乎遍及整个电子领域，常见 的典型应用有： 1通用数字信号处理 数字滤波、卷积、相关、FFT、希尔伯特变换、自适 应滤波、窗函数、波形发生等。 13 2通信 高速调制解调器、编/译码器、自适应均衡器、传真、 程控交换机、蜂房移动电话、数字基站、手机、回音消除、 噪声抑制、电视会议、保密通信、卫星通信、 TDMA/PDMA/CDMA 等各种通信制式。随着互联网络的 迅猛发展，DSP 又在网络管理/服务、信息转发、IP 电话 等新领域扮演着重要角色，而软件无线电的提出和发展进 一步增强了 DSP 在无线电通信系统的作用。 3语音识