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1、第1章 DSP及其应用概述 第1章 DSP及其应用概述 1.1 什么是什么是DSP1.2 DSP分类及应用分类及应用1.3 DSP系统的开发过程系统的开发过程 习习 题题 第1章 DSP及其应用概述 1.1 什么是什么是DSP DSP从字面上来说即为“数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)”，也就是说将现实世界的模拟信号转换成数字信号，再用数学的方法来处理此数字信号，得到相应的结果。经典的数字信号处理有时域的信号滤波(如IIR、FIR)和频域的频谱分析(如FFT)。IIR、FIR和FFT归根结底为AiXi，即乘加运算。“数字信号处理”的关键在于研发一种处理器
2、，对这种处理器从结构上进行优化，使其更适合于乘加运算，从而高速实现IIR、FIR和FFT等数字信号处理。第1章 DSP及其应用概述 美国TI公司从20世纪80年代初推出了第一款数字信号处理器TMS32010后，由此引发了一场数字信号处理革命。我们现在所说的DSP实际是指“数字信号处理器”，它是一种特别适合于进行数字信号处理的微处理器。它强调运算处理的实时性，因此除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制功能外，主要针对实时数字信号处理，在处理器结构、指令系统和数据流程上做了大的改动。其特点如下：(1)DSP芯片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，因此比传统处理器的冯诺依曼结
3、构具有更高的指令执行速度。第1章 DSP及其应用概述 (2)DSP芯片大多采用流水技术，即每条指令都由片内多个功能单元分别完成取指、译码、取数和执行等多个步骤，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令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)DSP芯片大多带有DMA通道控制器和串行通信口等，配合片内总线结构，数据块传送速度会大大提高。第1章 DSP及其应用概述 (5)配有中断处理器和定时控制器，可以方便地构成一个小规模系统。(6)具有软、硬件等待功能，能与各种存取速
4、度的存储器接口。(7)针对滤波、相关和矩阵运算等需要大量乘法累加运算的特点，DSP芯片大多配有独立的乘法器和加法器，使得在同一时钟周期内可以完成乘、累加两个运算。(8)低功耗，DSP一般为0.54 W，而采用低功耗技术的DSP芯片只有0.1 W，可用电池供电。第1章 DSP及其应用概述 正是DSP芯片的这些特点，使其运算速度要比通用微处理器(MPU)高。例如FIR滤波器的实现，每输入一个数据，对应每阶滤波器系数需要一次乘、一次加、一次取指和两次取数，有时还需要专门的数据移位操作。DSP芯片可以单周期完成乘加并行操作，以及34次数据存取操作，而普通MPU至少需要4个指令周期。因此，在相同的指令周
5、期和片内指令缓存条件下，DSP运算程度是普通MPU运算速度的4倍以上。第1章 DSP及其应用概述 1.2 DSP分类及应用分类及应用 世界上主要DSP芯片供应商有TI公司、Motorola公司、NEC公司、AT&T公司(现在的LUCENT公司)和AD公司等。其中TI公司是世界上最大的DSP芯片供应商，是全球数字信号处理技术的领导者。按照DSP的用途来分，可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片。通用型DSP芯片适合普通的DSP应用，如TI公司的一系列DSP芯片属于通用型DSP芯片。专用DSP芯片是为特定的DSP应用而设计的，更适合特殊的运算，如数字滤波、卷积和FFT。Motorola公司的DS
6、P56200，Zoran公司的ZR34881，Inmos公司的IMSA100等就属于专用型的DSP芯片。第1章 DSP及其应用概述 TI公司的通用型DSP芯片可归纳为四大系列，即TMS320C6000TMDSP平台、TMS320C5000 TMDSP平台、TMS320C2000 TMDSP平台和TMS320C3xTM DSP平台。以上系列简介如下。1.TMS320C6000TM DSP平台平台(C6000TMDSP)该平台融合了高性能硬件与丰富的开发资源，带来了低成本与低功耗，并能够提供高达720 MHz的时钟频率。该平台具有众多代码完全兼容的器件，由TMS320C64xTM与 TMS320C
7、62xTM DSP定点生成以及TMS320C67xTM DSP浮点生成构成。其性能在定点可以达到12005760 MIPS，在浮点可以达到6001350 MFLOPS。第1章 DSP及其应用概述 1)TMS320C64xTM DSP系列(定点)(1)规格:TMS320C64x DSP的高性能核心可提供高达1 GHz的可扩展性能;业界中速度最快的DSP，性能高达720 MHz(5760 MIPS);C64xTM DSP与TI的C62xTM DSP在软件方面具有兼容性。第1章 DSP及其应用概述 (2)应用：DSL与调制解调器组、基站收发器、无线LAN、企业PBX、多媒体网关、宽带视频代码转换器、
8、视频流服务器与客户机、高速扫描影像处理(RIP)引擎、网络相机。第1章 DSP及其应用概述 (3)特性：*时钟频率可达300720 MHz,指令执行速度可达24005760 MIPS，具有各种外设；TMS320C6411 DSP：*256 KB字节L2内存。TMS320C6412 DSP：*灵活的32位PCI、32位HPI或10/100 Mb以太网MAC；*256 KB字节L2内存。第1章 DSP及其应用概述 TMS320C6414 DSP：*三个多信道缓冲串行端口(McBSP);*32位主机端口接口(HPI)。TMS320C6415 DSP：*灵活的32位/33 MHz PCI或32位HPI
9、;*用于ATM(UTOPIA)或McBWSP的PHY接口。TMS320C6416 DSP：*Viterbi译码的协处理器(VCP)以12.2 kb/s的速率支持超过350条语音信道；*Turbo译码的协处理器(TCP)以384 kb/s的速率支持35条数据信道。第1章 DSP及其应用概述 2)TMS320C62xTM DSP系列(定点)和TMS320C67xTM DSP系列(浮点)。(1)规格：100%代码兼容DSP：定点C62xTM DSP为16位乘法、32位指令，浮点C67xTM DSP为32位指令、单/双倍精度；四条数据内存存取(DMA)信道，带引导装入功能(带有16个信道的增强DMA，
10、非常适用于C6211、C6711与C6713 DSP)；高达7 MB的片上内存；第1章 DSP及其应用概述 两个多通道缓冲串行端口(McBSP)(三个用于C6202与C6203 DSP的McBSP)；16位主机端口接口(HPI)(32位用于C6202、C6203与C6204 DSP的扩展总线)；两个32位定时器；300 MHz时速率高达2400 MIPS(C6203 DSP)。仅限C67x DSP：IEEE浮点格式；频率高达225 MHz时达1350 MFLOPS；两个新型的多信道音频串行端口(McASP)(C6713 DSP)可以支持12SI2S的16条立体声信道，并且兼容S/PDIF传输协
11、议。第1章 DSP及其应用概述 (2)应用：调制解调器组、数字用户环路(xDSL)、无线基站、局用交换机、用户交换机(PBX)、数字影像、数字音频、呼叫处理、3D图形、话音识别、分组语音。(3)特性：C6000TM DSP平台VelociTITM高级VLIW结构；每周期执行8条32位指令；8个独立的多用途单元以及32个32位寄存器；业界最先进的DSPC编译程序以及汇编优化器可最大限度地提高效率及性能。第1章 DSP及其应用概述 2.TMS320C5000TM DSP平台平台(C5000TMDSP)该平台可提供20多种器件，包括OMAP5910处理器，其在单个芯片上集成了TMS320C55xTM
12、 DSP内核与TI 增强的ARM。C5000DSP平台是功耗敏感的系统设计人员的最佳选择，可以提供0.33 mA/MHz的低功耗以及高达600 MIPS的性能。1)TMS320C55xTM DSP系列(定点)(1)规格：C55xTM DSP内核可以为高达600 MIPS的性能提供300 MHz；目前TMS320C5510 DSP已经开始投产，TMS320C5509 DSP可提供样片；在整个C5000TM DSP平台上可实现软件兼容。第1章 DSP及其应用概述 (2)应用：功能丰富的便携产品，2G、2.5G、3G手机与基站，数字音频播放器，数码相机，电子图书，语音识别，GPS接收器，指纹/模式识
13、别，无线调制解调器，耳机，生物辨识。(3)特性：高级自动电源管理；可配置的空闲域，以延长电池寿命；缩短调制过程，从而加快产品上市进程。C5501/C5502 DSP：*300 MHz时钟频率；*32/64 KB RAM、32 KB ROM；*2个/3个多通道缓冲串行端口(McBSP)、I2C、通用定时器、看门狗定时器、UART；*16/32位EMIF。第1章 DSP及其应用概述 C5509 DSP：*144/200 MHz时钟频率；*256 KB RAM，64 KB ROM；*3个McBSP；I2C；看门狗定时器；通用定时器。新型的C5509 DSP外设。USB 2.0全速(12 Mb/s)、
14、10位ADC、实时时钟(RTC)、到MMC与SD的无缝媒体接口。第1章 DSP及其应用概述 2)OMAP5910处理器 OMAP即开放多媒体应用平台(Open Multimedia Application Platform)。双内核OMAP5910处理器是在单个芯片上集成了TMS320C55xTM DSP内核及TI增强型ARM925。它能够实现极高性能与低功耗的完美组合。这种独特的架构可以同时为DSP和ARM开发人员提供极具吸引力的解决方案，在融合了ARM的指令与控制功能的情况下，能够提供DSP的低功耗与实时信号处理功能。将TI的软件开发支持、OMAP技术中心、OMAP开发人员网络、工具以及软
15、件相结合，在联网环境中，OMAP5910处理器可以为那些需要嵌入式应用处理的设计人员所选择。这些应用范围非常广泛，从互联网应用到军事与政府移动系统，无所不含。第1章 DSP及其应用概述 (1)应用：因特网设备、增强型游戏、Webpad、销售点设备、医疗器件、业界专用PDA、远程信息、数字媒体处理、安全性、软件无线电。(2)特性：OMAP5910双内核处理器同时包括。150 MHz的TI增强ARM925微处理器：*16 KB指令高速缓冲存储器以及8 KB数据缓冲器；*数据与指令MMU；*32位与16位指令集。第1章 DSP及其应用概述 150 MHz TMS320C55xTM DSP内核：*24
16、 KB指令高速缓冲存储器；*160 KB SRAM；*用于视频算法的硬件加速器。第1章 DSP及其应用概述 外设与片上资源：*192 KB共享SRAM；*用于SDRAM与闪存的2个16位内存接口；*9通道系统DMA控制器；*LCD控制器；*USB 1.1主机与客户机；*MMC/SD卡接口；*7个串行端口，外加3个UART；*9个定时器；*键盘接口；*小型、289引脚、12 mm12 mm(GZG)或9mm19 mm(GDY)MicroStar BGATM封装选项；*一般工作功耗低于250 mW。第1章 DSP及其应用概述 OMAP5910处理器支持：*Microsoft WindowsTM CE；*Linux；*Acelerated Technologies NucleusTM；*WindRiver Systems VxWorksTM；*TI DSP/BIOSTM。第1章 DSP及其应用概述 3)C54xTM DSP系列(定点)(1)规格:16位定点DSP；100 MIPS情况下，功耗低于60 mW；提供30532 MIPS性能的单核与多核产品；提供1.2 V、1.8 V、2.5 V、
