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1、9 DSP技术及高速实时数字信号处理技术及高速实时数字信号处理9.1 DSP技术技术9.2 雷达数字信号处理雷达数字信号处理9.1 DSP技术技术一、一、DSP的分类的分类二、二、DSP芯片的运算速度芯片的运算速度三、三、TI DSP四、四、ADI高性能高性能DSP一、一、DSP的分类的分类 二、二、DSP芯片的运算速度芯片的运算速度 运算速度是DSP芯片的一个最重要的性能指标，也是选择DSP芯片时所需要考虑的一个主要因素。DSP芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来衡量：（1）指令周期：即执行一条指令所需的时间，通常以ns（纳秒）为单位。如TMS320LC54980在主频为80MHz时的指令
2、周期为125ns；（2）MAC时间：即一次乘法加上一次加法的时间。大部分DSP芯片可在一个指令周期内完成一次乘法和加法操作，如TMS320LC54980的MAC时间就是125ns；（3）FFT执行时间：即运行一个N点FFT程序所需的时间。由于FFT运算涉及的运算在数字信号处理中很有代表性，因此FFT运算时间常作为衡量DSP芯片运算能力的一个指标；（4）M I P S：即 每 秒 执 行 百 万 条 指 令。如TMS320LC54980的处理能力为80MIPS，即每秒可执行八千万条指令；（5）MOPS：即每秒执行百万次操作。如 TMS320C40的运算能力为 275 MOPS；（6）MFLOPS
3、：即每秒执行百万次浮点操作。如 TMS320C31在主频为40MHz时的处理能力为40 MFLOPS；（7）BOPS：即每秒执行十亿次操作。如 TMS320C80的处理能力为 2 BOPS。DSP Market Share in 2003DSP Market Share 2003source:Forward Concepts,200448,00%13%10%10%19%Texas InstrumentsAgere SystemsMotorolaAnalog DevicesOtherTotal Revenue:6,130 Million US-$Texas Instruments DSP/DSC
4、-PortfolioTexas Instruments TMS320 familyDifferent families and sub-families exist to support different markets.Control PerformanceFuture of Control:Improved Industrial Drive,Improved System Density for ONET,etc.Multi-Function,Appliance&Consumer Control F2801100 MIPSF2806100 MIPSF2808100 MIPS Softwa
5、re CompatibleF2810150 MIPSIn SiliconAnnouncedHigh-Precision Uni-processor Control for Applications from Industrial Drives to AutomotiveC2810150 MIPSC2811150 MIPSC2812150 MIPSSamples December 04Higher performanceGreater integrationF2811150 MIPSF2812150 MIPSC24xF24xLC240 xALF240 xAR2811150 MIPSR281215
6、0 MIPSRoadmap of TMS320C2000 DSCsTI C2000:Portfolio for Embedded Applications三、三、TI DSP1、TMS320F2812 高性能的静态CMOS工艺，可使主频达到150MHz（指令周期6.67ns）；低功耗设计（1.8V和3.3V供电）；高性能的32位CPU。实现16X16和32X32乘操作，快速的中断操作，程序空间达4M，寻址空间达4G，在C/C+和汇编语言中代码可得到优化，还可向下兼容TMS320F24X/LF240X代码；片上存储器：闪存128K字，单访问双口RAM(SARAM)18K字；启动只读存储器ROM
7、4K字，具有软件启动模式包含标准的数学表；时钟和系统控制采用锁相环技术PLL来控制系统各模块所需要的频率；具有3个外部中断和外围中断扩展模块PIE(Peripheral Interrupt Expansion)，PIE可支持多达45个外部中断；128位的代码安全模块CSM(Code Security Module)，更好地保护了开发者的知识产权；具有3个32位的CPU 定时器和适合电机控制的事件管理模块EVA和EVB；具有很强的外围通讯功能：同步串行口SPI，通用异步串行口SCI，增强的eCAN和多通道缓存串行口McBSP；多达16个通道、精度可达12位模拟/数字转换器ADC。C281x Bl
8、ock Diagram2、TMS320C3X TMS320C30采用改进的哈佛结构，其特点性能如下：指令周期33ns(66MHz)、60MFLOPS、33MIPS 总线 24bit地址，32bit数据程序，扩展总线14bit地址，32bit数据程序；6432bit指令Cache；16M片外存储空间，数据程序混放，读单周期，写双周期；片内2K 32bit双口RAM，可分两组分别访问；非标准3240 bit浮点格式；3240 bit浮点乘法器及ALU，32bit移位器；并行乘累加操作；8个40 bit数据寄存器，8个 32 bit辅助（寻址）寄存器；片内DMA控制器；寻址：循环、位反序；单指令循环
9、、程序块循环；条件调用返回；互锁操作；2个串口；2个定时器；加载方式 32 bit；TI仿真接口（非 JTAG）；软硬件等待状态；外部中断4个；1024点复数FFT：1.67 ms；浮点求倒数1155 ns；浮点求平方根倒数 1287 ns；封装181 PGA。C31是C30的简易型，区别在于没有扩展总线，仅有1个串口，QFP132封装，可用多种模式（8bit16bit32bit串口）加载且可重定位中断矢量表，而C30必须用 32 bit存储器从0地址装入初始化程序代码。C32在C31的基础上对结构进一步简化，将片内RAM从2K 32位减少为512 32位，同样分成两个256字存储块，也具有像
10、C31一样的多模式程序加载方法，此外在以下方面比C31有了增强和改进：条件调用返回；双通道DMA控制器，支持 81632 bit字宽的外部数据访问方式和 1632 bit字宽的外部程序访问；外部管脚PRGW区分 1632 bit外部程序访问；两个外存储器选通信号STRBO、STRB1和一个IO选通IOSTRB，分别对应各种字宽、等待状态、数据类型的三组总线控制寄存器；两种低功耗模式；PQFP144封装，40MHZ50MHZ60 MHZ多种主频。TI推出了TMS320VC33，VC33采用高达120MHZ或150MHZ的主频，有120150MFLOPS的峰值运算能力，片内 1Mbit RAM，程
11、序代码与先前的 C3X完全兼容，VC33本身结构功能也与C31兼容，采用 3.3 V IO和 1.8V处理器核使功耗降低到200 mw，而 C30C31C32的功耗在1.53W之间。TMS320C3X可以用与浮点乘加相同的速度完成 32 bit定点乘加，要注意的是32 bit定点乘限制输入数据为 16 bit（C32）或 24 bit（C30），结果取 32 bit。TMS320VC33的主要特点：高性能浮点DSP 13ns指令周期、150MFLOPS 34K32bit(1.1Mbit)片上双口SRAM(2 16K+2 1K)、减少了外存（即减少了外部总线周期），速度等性能更高 5 PLL 允
12、许外接低速晶振 非常低的功耗（功耗200mW）和价格（100）32bit 高性能CPU、16/32整数、32/40 浮点操作 4个内部解码页选通 与I/O及存储器器件简单接口、减少了读取时间 32bit位指令24bit 位地址 8个可扩展精密寄存器 1个串口、2个32bit定时器、DMA 协处理器协助I/O和CPU工作 144pin(LQFP)132pinPQFP 具有8个辅助寄存器的两个地址产生器、两个辅助寄存器算术单元 两个低功耗模式 2或3 操作数指令 并行算术逻辑单元和单周期乘法器 块重复功能 带单周期分支的零顶环、条件调用和返回、支持多处理器的互所指令 总线控制寄存器配置选通控制等待
13、状态产生 1.8V(Core)和3.3V(I/O)供电，C3X在1.53W之间 JTAG、更快且支持多片VC33（取代以前的MPSD仿真口）这种强大的硬件配置提供了以前单片难以获得的性能。为什么要片内RAM大的DSP效率高？目前DSP发展的片内存储器RAM越来越大，要设计高效的DSP系统，就应该选择片内RAM较大的DSP。片内RAM同片外存储器相比，有以下优点：片内RAM的速度较快，可以保证DSP无等待运行。对于C2000/C3x/C5000系列，部分片内存储器可以在一个指令周期内访问两次，使得指令可以更加高效。片内RAM运行稳定，不受外部的干扰影响，也不会干扰外部。DSP片内多总线，在访问片
14、内RAM时，不会影响其它总线的访问，效率较高。12345678ABCD87654321DCBATitleNumberRevisionSizeA2Date:27-Apr-2005Sheet of File:F:tgwzh301.DDBDrawn By:E5E4E2E1CA24CA23CA22CA21CA20CA19CA18CA17CA16CA15CA14CA13CA12CA11CA10CA9CA8CA7CA6CA5CA4CA3CA112345R2R-P4IN/GCP1IN/OE22VCC3IO4IO5IO6IO/TDI7IO8IO9GND10IO11IO12IO13IO14VCC15IO16IO
15、17IO18IO/TMS19IO20IO21GND22VCC23IO24IO25IO26IO27IO28IO29GND30IO31IO/TCK32IO33IO34VCC35IO36IO37IO/TDO38IO39IO40IO41GND42IN/GCK43IN/OE144IC11EPM7032L4L2VCCL334U3B74LS0456U3C74LS0489U3D74LS041011U3E74LS041213U3F74LS041234567891011121314151617181920212223242526OU226PIN12345R12R-P489IC9D74F04111213IC10D7
16、4F328910IC10C74F32123IC10A74F32456IC4B74F32123IC4A74F323OSCCLRA0F15A1G12A2G13A3G14A4G15A5H15A6H14A7J15A8J14A9J13A10K15A11J12A12K14A13L15A14K13A15L14D0C4D1D5D2A2D3A3D4B4D5C5D6D6D7A4D8B5D9C6D10A5D11B6D12D7D13A6D14C7D15B7D16A7D17A8D18B8D19A9D20B9D21C9D22A10D23D9D24B10D25A11D26C10D27B11D28A12D29D10D30C11D31B12A16M15A17K12A18L13A19M14A20N15A21M13A22L12A23N14R/WG4STRBF2HOLDAE2HOLDF3RDYE1IC1A320CLKX0M5FSX0Q2CLKR0N4CLKX1N2FSX1P1CLKR1L4TCLK0P4TCLK1N5XF0G2XF1G3X2/CIB1RESETF1INT0H2INT1H1INT2J1INT3J2DR0Q1DR
