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信息息與與通通信信工工程程學(xué)學(xué)院院多多媒媒體體技技術(shù)術(shù)中中心心DSP的選擇和和設(shè)計(jì)開發(fā)發(fā)門愛東教教授1DSP芯片的選選擇什么是DSP?DSP的應(yīng)用DSP的運(yùn)算數(shù)據(jù)寬度度速度(Speed)存貯的組組織開發(fā)的便便宜多DSP支持便攜應(yīng)用用價(jià)格主題概述述DSP工程設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)字化設(shè)設(shè)計(jì)模擬混合合電路設(shè)設(shè)計(jì)DSPS目標(biāo)系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)DSP外設(shè)的設(shè)設(shè)計(jì)與使使用系統(tǒng)軟件件開發(fā)工程應(yīng)用用注意事事項(xiàng)2MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心DSP簡(jiǎn)介數(shù)字信號(hào)號(hào)處理器器(DigitalSignalProcessor,DSP)是專門用用于更好好實(shí)現(xiàn)數(shù)數(shù)字信號(hào)號(hào)處理應(yīng)應(yīng)用的微微處理器器。1980年第第一個(gè)商商品化DSP問世;目前眾多多新的DSP,,為設(shè)計(jì)者者提供了了廣泛的的選擇;;新的半導(dǎo)導(dǎo)體制造造廠家不不斷進(jìn)入入這個(gè)領(lǐng)領(lǐng)域,爭(zhēng)爭(zhēng)取更大大的市場(chǎng)場(chǎng)分額,,設(shè)計(jì)者者在未來來幾年內(nèi)內(nèi)將有更更廣的選選擇。今天的DSP是具有了了強(qiáng)大功功能的復(fù)復(fù)雜器件件。下面我們們就介紹紹現(xiàn)在商商品化DSP的共同特特點(diǎn),解解釋它們們之間的的區(qū)別,,以及設(shè)設(shè)計(jì)者在在應(yīng)用時(shí)時(shí)注意的的事項(xiàng)。。3MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心什么是DSP?多數(shù)DSP共有的基基本特性性:高性能、、重復(fù)性性、高數(shù)數(shù)據(jù)量。。在單個(gè)指指令周期期內(nèi)完成成乘法累累加運(yùn)算算(Multiply-And-Accumulate,MAC)的能力這是衡量量DSP最常用的的性能;;在涉及需需要點(diǎn)乘乘的產(chǎn)品品中,例例如濾波波器,MAC運(yùn)算在算算法中是是非常有有用的。。為了完完成此功功能,DSP在主數(shù)據(jù)據(jù)通路中中集成有有乘法器器和累加加器;另外,為為了進(jìn)行行一系列列MAC運(yùn)算而又又沒有發(fā)發(fā)生運(yùn)算算溢出(overflow),,DSP通常在累累加器中中提供額額外的比比特?cái)?shù),,以滿足足計(jì)算結(jié)結(jié)果對(duì)比比特?cái)?shù)增增加的要要求。4MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心什么是DSP?在單個(gè)指指令周期期內(nèi)同時(shí)時(shí)完成幾幾個(gè)存貯貯器存取取的能力力這特點(diǎn)允允許DSP在讀取指指令的同同時(shí),獲獲得此指指令所需需要的被被運(yùn)算數(shù)數(shù),或者者/和存存貯前一一指令的的運(yùn)算結(jié)結(jié)果。通常在單單個(gè)指令令周期內(nèi)內(nèi)完成多多個(gè)存貯貯器讀取取是有許許多客觀觀限制的的。典型之一是存存取的存貯器器位于片內(nèi),,這樣只能某某些指令能進(jìn)進(jìn)行多個(gè)存貯貯器存取。為了支持同時(shí)時(shí)多個(gè)存取,,DSP提供了多個(gè)片片內(nèi)(a)總線(On-ChipBus);(b)多個(gè)片內(nèi)存貯貯器以及某些些情況下的(c)多個(gè)獨(dú)立的存存貯空間。5MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心什么是DSP?尋址方式為了使運(yùn)算達(dá)達(dá)到最大速度度,DSP包含了一個(gè)地地址產(chǎn)生單元元,一旦適當(dāng)當(dāng)?shù)牡刂芳拇娲嫫鞅慌渲?,,則地址發(fā)生生器在后臺(tái)運(yùn)運(yùn)行,形成運(yùn)運(yùn)算指令所需需的并行操作作存取地址,,地址發(fā)生器器是針對(duì)DSP而選擇的模式式。間接尋址最常用的尋址址方式是具有有后增量(Post_increment)的間接尋址寄寄存器,它通通常用于連續(xù)續(xù)存放一系列列數(shù)據(jù)。模數(shù)尋址這種尋址簡(jiǎn)化化了循環(huán)存儲(chǔ)儲(chǔ)的使用。比特反轉(zhuǎn)(bit_reversed)尋址這種方式更易易于編譯快速速FFT算法的結(jié)果。。6MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心什么是DSP?循環(huán)(Looping)因?yàn)槎鄶?shù)DSP涉及完成重復(fù)復(fù)的計(jì)算,多多數(shù)DSP對(duì)更有效的Looping提供了特別支支持。通常,對(duì)于特特殊的循環(huán)或或者重復(fù)指令令,DSP允許開發(fā)人員員完成一個(gè)For_Next循環(huán)語(yǔ)句,不不用為了更新新或檢測(cè)循環(huán)環(huán)計(jì)數(shù)器而花花費(fèi)任何指令令周期。強(qiáng)大的I/O功能:為了允允許低價(jià)、高高性能的輸入入輸出,多數(shù)數(shù)DSP包含有多個(gè)串串口或者并口口I/O接口。串口并口特殊的I/O處理機(jī)制———低層的中斷斷或者DMA方式7MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心DSP的應(yīng)用DSP從雷達(dá)分析到到消費(fèi)者電子子都有廣泛的的應(yīng)用,但沒沒有一個(gè)DSP能滿足所有的的或者大多數(shù)數(shù)的應(yīng)用。因因此,對(duì)于設(shè)設(shè)計(jì)者首要的的任務(wù)是權(quán)衡衡各種因素,,而選擇適合合于自己應(yīng)用用的DSP。這些因素包括括:性能指標(biāo)標(biāo)、價(jià)格、集集成度、開發(fā)發(fā)難易、功耗耗及其它因素素。嵌入系統(tǒng)(embeddedsystem))按市場(chǎng)份額講講,最大的應(yīng)應(yīng)用是便宜的的、大量的嵌嵌入系統(tǒng)。價(jià)格、集成度度占首位例如:移動(dòng)電電話、硬盤驅(qū)驅(qū)動(dòng)器(DSP用語(yǔ)伺服控制制)和調(diào)制解解調(diào)器(modem))。功耗居首位對(duì)于便攜、電電池供電的產(chǎn)產(chǎn)品,電源功功耗非常重要要。在這些系統(tǒng)中中,性能和開開發(fā)難易居次次要地位,雖雖然用戶也開開發(fā)自己的DSP軟件和圍繞DSP配置自己的硬硬件。8MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心DSP的應(yīng)用特殊需要—數(shù)數(shù)據(jù)大、算法法復(fù)雜的處理理例如:聲納和和地震探測(cè)。。它們的數(shù)量量很少,但其其算法很復(fù)雜雜。這樣產(chǎn)品品設(shè)計(jì)量就很很大,而且也也很復(fù)雜,結(jié)結(jié)果是設(shè)計(jì)者者喜歡選擇高高性能、易用用且支持多芯芯片配置的DSP。在某些情況下下,設(shè)計(jì)者不不愿意通過改改造已有DSP系統(tǒng),防止產(chǎn)產(chǎn)生零亂。他他們選擇標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)的開發(fā)板,,通過調(diào)用他他們的已有函函數(shù)庫(kù)來完成成開發(fā)。9MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心DSP的應(yīng)用多媒體(multimedia))—新興市場(chǎng)許多廠家正在在占領(lǐng)這個(gè)新新興的市場(chǎng),,包含有DSP的計(jì)算機(jī)可以以提供多媒體體功能。Voicemail(語(yǔ)音信箱)、、數(shù)據(jù)/傳真真Modem、、音樂和語(yǔ)音合合成及分解、、圖象壓縮、、電視接收、、廣播接收。。多媒體對(duì)DSP的要求:高性能、低價(jià)價(jià)格、高集成成度多媒體除具有有嵌入系統(tǒng)的的量大、低價(jià)價(jià)、高集成度度的特點(diǎn)外,,還要求高性性能。因?yàn)槎喽嗝襟wPC要求DSP同時(shí)完成多項(xiàng)項(xiàng)功能。多項(xiàng)功能之間間更有效的切切換多媒體除要求求更有效地完完成多項(xiàng)功能能外,還要求求DSP必須具有更有有效地切換多多項(xiàng)功能的能能力。更大的存貯容容量例如接MPEG1標(biāo)準(zhǔn),圖象壓壓縮每秒鐘設(shè)設(shè)為1.5MB/s。這樣,多媒體體就需要海量量存貯。10MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心DSP的運(yùn)算數(shù)的表示:一個(gè)可編程DSP的基本特性之之一是DSP所采用的運(yùn)算算類型。定點(diǎn)制DSP:一個(gè)數(shù)表示為為整數(shù)或者+1.0~~-1.0之之間的函數(shù)數(shù)。浮點(diǎn)運(yùn)算:一一個(gè)數(shù)表示為為指數(shù)部分和和尾數(shù)部分。。尾數(shù)部分通通常是+1.0~-1.0之間間的小數(shù),而而指數(shù)部分表表示二進(jìn)制中中小數(shù)點(diǎn)的位位置。11MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心浮點(diǎn)DSP和定點(diǎn)DSP的比較性能比較—浮浮點(diǎn)運(yùn)算是更更靈活、更通通用的機(jī)制更寬的動(dòng)態(tài)范范圍(所能表示的的最大最小數(shù)數(shù)之比)更好的精度易用:在浮點(diǎn)制制中,開發(fā)人人員不必關(guān)心心動(dòng)態(tài)范圍和和精度,而對(duì)對(duì)定點(diǎn)DSP而言,開發(fā)人人員要時(shí)刻小小心各種階段段的信號(hào)范圍圍,以確保在在有限的動(dòng)態(tài)態(tài)范圍和運(yùn)算算精度下達(dá)到到自己要求的的數(shù)值性能。。更貴:浮點(diǎn)DSP為了完成浮點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)算,需要要增加復(fù)雜的的電路,這也也就意味著一一個(gè)大的沖模模(die)。應(yīng)用比較對(duì)于嵌入系統(tǒng)統(tǒng),選擇定點(diǎn)點(diǎn)DSP。因?yàn)榍度胂到y(tǒng)統(tǒng)對(duì)于價(jià)格是是首位的。開開發(fā)人員通過過分析和方針針,決定他們們所需的動(dòng)態(tài)態(tài)范圍和運(yùn)算算精度,以及及是否需要增增加比例因子子。大動(dòng)態(tài)范圍、、高精度、開開發(fā)容易,選選擇浮點(diǎn)DSP。對(duì)于不關(guān)心價(jià)價(jià)格,而對(duì)動(dòng)動(dòng)態(tài)范圍和精精度有特殊要要求的用戶,,以及為了開開發(fā)容易,可可以選擇浮點(diǎn)點(diǎn)DSP。DSP的運(yùn)算12MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心定點(diǎn)DSP完成浮點(diǎn)運(yùn)算算浮點(diǎn)在定點(diǎn)DSP中完成通常的的浮點(diǎn)運(yùn)算是是可能的。調(diào)用浮點(diǎn)運(yùn)算算仿真程序。但這樣做需需要很多個(gè)指指令周期,得得不償失。因因此,通用的的浮點(diǎn)仿真幾幾乎不用了。。塊浮點(diǎn)運(yùn)算(Blockfloating-point)定點(diǎn)和浮點(diǎn)運(yùn)運(yùn)算的折中構(gòu)構(gòu)成了塊浮點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)算——一一組數(shù)中數(shù)據(jù)據(jù)具有不同的的尾數(shù),但具具有唯一的、、相同的指數(shù)數(shù)表示這一數(shù)數(shù)據(jù)塊。塊浮點(diǎn)運(yùn)算算通常由軟軟件完成,,但有些DSP中也有硬件件輔助完成成此功能。。DSP的運(yùn)算13MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心數(shù)據(jù)寬度(DataWidth)所有的浮點(diǎn)點(diǎn)DSP都是32bit數(shù)據(jù)字(DataWord)定點(diǎn)DSP常用16bit數(shù)據(jù)字,但MotoralaDSP5600X系列和Star半導(dǎo)體公司司SPROC系列采用24bit字寬,ZoranZR38000采用20bit數(shù)據(jù)字。數(shù)據(jù)字的大大小對(duì)價(jià)格格具有重要要影響芯片的大小小(ChipSize)封裝管腳的的數(shù)目(Numberofpackagepins)外部存儲(chǔ)器器的大小指令字長(zhǎng)和和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)長(zhǎng)大多數(shù)DSP的指令字長(zhǎng)長(zhǎng)和數(shù)據(jù)字字長(zhǎng)相等,,但也不全全是這樣。。如AD公司ADSP21XX系列16bit數(shù)據(jù)字長(zhǎng)24bit指令字長(zhǎng);Zoran公司ZR3800是20bit數(shù)據(jù)字長(zhǎng)32bit指令字長(zhǎng)。。14MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心數(shù)據(jù)寬度(DataWidth)應(yīng)用選擇——字長(zhǎng)與開開發(fā)復(fù)雜度度折中對(duì)于開發(fā)者者來講,在在滿足需要要的情況下下,應(yīng)選擇擇最小的DSP,這樣價(jià)格才才能便宜;;對(duì)于選擇定定點(diǎn)DSP還是浮點(diǎn)DSP,需要對(duì)字長(zhǎng)長(zhǎng)和開發(fā)復(fù)復(fù)雜性進(jìn)行行折中;對(duì)于某些24bit才能滿足需需要的應(yīng)用用,我們?cè)谠跔奚藦?fù)復(fù)雜性或程程序的基礎(chǔ)礎(chǔ)上,16bitDSP也能滿足需需要。例如對(duì)于16bitDSP,通過對(duì)指令令的適當(dāng)組組合,也能能完成雙精精度32bit的運(yùn)算操作作。當(dāng)然雙雙精度的運(yùn)運(yùn)算速度比比單精度慢慢。如果你的應(yīng)應(yīng)用中大多多數(shù)是單精精度運(yùn)算,,只有少部部分需要高高精度運(yùn)算算,這時(shí)你你選擇用單單精度DSP完成雙精度度運(yùn)算可更更意義。反反之,則需需要更寬比比特的DSP。15MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心速度(Speed)滿足特殊需需要時(shí),對(duì)對(duì)DSP的一個(gè)關(guān)鍵鍵測(cè)試是運(yùn)運(yùn)行速度。。有許多方方法可以測(cè)測(cè)試DSP的速度。最快指令周周期時(shí)間——執(zhí)行一個(gè)個(gè)DSP最快的指令令所需要的的時(shí)間通常用一秒秒鐘內(nèi)執(zhí)行行多少百萬(wàn)萬(wàn)次指令((Millionsofinstructionspersecond,MIPS)來衡量。若若DSP指令周期為為20ns~100ns,,即執(zhí)行速率率為50~10MIPS。。問題:不同同DSP之間單個(gè)指指令完成的的工作量,,變化非常常大。例如,早期期的DSP在一個(gè)指令令周期內(nèi)只只能完成一一次加法或或者乘法(兩者不能能同時(shí)完成成)。相反反,現(xiàn)在的的DSP一個(gè)指令周周期就可能能完成乘法法累加功能能(MAC)。。另外,有的的DSP(如Motorala的DSP5600系列)可以以對(duì)和ALU沒有關(guān)系的的數(shù)據(jù)進(jìn)行行并列移動(dòng)動(dòng)。而有的的DSP只支持和ALU有關(guān)的數(shù)據(jù)據(jù)的并行移移動(dòng)。16MenAidong,信息息與與通通信信工工程程學(xué)學(xué)院院多多媒媒體體技技術(shù)術(shù)中中心心速度度(Speed)基本本操操作作周周期期為了了克克服服上上述述問問題題,,用用基基本本操操作作周周期期來來代代替替指指令令操操作作周周期期作作為為衡衡量量DSP速度度的的標(biāo)標(biāo)尺尺。。共共同同的的操操作作是是MAC,,但不不幸幸的的是是關(guān)關(guān)于于DSPMAC運(yùn)算算次次數(shù)數(shù)差差異異這這方方面面的的信信息息很很少少?!,F(xiàn)現(xiàn)在在大大多多數(shù)數(shù)DSP都在在一一個(gè)個(gè)指指令令周周期期內(nèi)內(nèi)完完成成一一個(gè)個(gè)MAC操作作,,并并且且MAC周期期等等于于指指令令周周期期。。問題題:有的的DSP在完完成成MAC外,,還還能能完完成成一一些些其其它它功功能能;;MAC次數(shù)數(shù)中中沒沒有有考考慮慮控控制制指指令令,,有有時(shí)時(shí)它它也也對(duì)對(duì)性性能能產(chǎn)產(chǎn)生生重重要要影影響響。。17MenAidong,信息息與與通通信信工工程程學(xué)學(xué)院院多多媒媒體體技技術(shù)術(shù)中中心心速度度(Speed)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)基基準(zhǔn)準(zhǔn)(Benchmarks)一個(gè)個(gè)更更通通用用的的方方法法是是定定義義一一組組標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)基基準(zhǔn)準(zhǔn),,然然后后比比較較各各個(gè)個(gè)DSP的運(yùn)運(yùn)行行速速度度。。這這個(gè)個(gè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)基基準(zhǔn)準(zhǔn)可可能能是是簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單的的““核核心心””功功能能(如如FIR或IIRDF),,或者者是是某某些些應(yīng)應(yīng)用用的的整整體體或或部部分分。。注意意事事項(xiàng)項(xiàng)MOPS和MFLOPS的區(qū)區(qū)別別MOPS——每秒秒鐘鐘多多少少百百萬(wàn)萬(wàn)次次運(yùn)運(yùn)算算((Millionsofoperationspersecond))MFLOPS——每秒秒鐘鐘多多少少百百萬(wàn)萬(wàn)次次浮浮點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)運(yùn)算算不同同的的廠廠家家對(duì)對(duì)由由什什么么構(gòu)構(gòu)成成““運(yùn)運(yùn)算算((Operation))””理解解不不同同。。時(shí)鐘鐘頻頻率率時(shí)鐘≥指指令周期期DSP的輸入時(shí)時(shí)鐘可能能和DSP的指令頻頻率相同同,也可可能是指指令速率率的兩倍倍或者四四倍。時(shí)鐘頻率率<指令令速率———倍倍頻和和鎖相技技術(shù)例如40MHzDSP56156的MIPS=20MHzADSP-2101的MIPS18MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心存貯的組組織指令Mem和數(shù)據(jù)Mem的組織DSP存貯中的的組織對(duì)對(duì)性能有有很大影影響。如前所述述,MAC是很多DSP的基本運(yùn)運(yùn)算,快快速M(fèi)AC運(yùn)算需要要獲得一一個(gè)指令令字,同同時(shí)在同同一指令令周期內(nèi)內(nèi)從Memory讀取兩個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)字字。可以有很很多方法法實(shí)現(xiàn)這這一點(diǎn)::多端口Mem——允許在一一個(gè)指令令周期內(nèi)內(nèi)多哥存存貯器存存取哈佛結(jié)構(gòu)構(gòu)—獨(dú)立立的數(shù)據(jù)據(jù)樹指令令Memory指令Cache—從Cache中讀取指指令代替替從存儲(chǔ)儲(chǔ)器中19MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心存貯的組組織存儲(chǔ)器的的大小片片內(nèi)內(nèi)部、外外部總線線的數(shù)目目定點(diǎn)DSP定點(diǎn)DSP主要面向向嵌如系系統(tǒng)市場(chǎng)場(chǎng),它要要求存貯貯量小。。中小規(guī)模模片內(nèi)memmory(256~12KWords),,小的外部部數(shù)據(jù)總總線。例如:ADC,,AT&T,Mot,,TI的定點(diǎn)DSP都具有16bit的地址總總線,這這樣就限限制了其其外部Memory的容量。。20MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心存貯的組組織存儲(chǔ)器的的大小片片內(nèi)內(nèi)部、外外部總線線的數(shù)目目浮點(diǎn)DSP沒有或者者很少的的片內(nèi)memory,,但有很大大的外部部數(shù)據(jù)總總線。例如:AD公司ADSP—21021沒有片內(nèi)內(nèi)Memory,,但有32bit外部數(shù)據(jù)據(jù)地址總總線和24bit外部程序序地址總總線。另外,這這些DSP提供的Cache技術(shù),可可允許使使用較快快的外部部Memory。。TITMS320C30::6K片內(nèi)Memory,,24bit外部數(shù)據(jù)據(jù)總線和和13bit外部程序序地址總總線ADSP—21060:4M片內(nèi)Memory,,可以改變變片內(nèi)Memory的配置以以分配給給Data和指令不不同的容容量。如如64K32bitData和40K48bit程序注:Memory的組織、、大小、、外部總總線的數(shù)數(shù)目非常常依賴與與應(yīng)用。。21MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心開發(fā)的便便宜開發(fā)的難難易依賴賴與你的的應(yīng)用。。例如在研研究中,,對(duì)于樣樣機(jī)或仿仿真來講講,希望望越快越越容易的的開發(fā)出出來。另一方面面,對(duì)一一些公司司來講,,起為了了降低產(chǎn)產(chǎn)品的價(jià)價(jià)格,節(jié)節(jié)省開發(fā)發(fā)工具的的費(fèi)用,,愿意承承受艱苦苦的開發(fā)發(fā)環(huán)境,,但這帶帶來的負(fù)負(fù)面影響響是開發(fā)發(fā)周期長(zhǎng)長(zhǎng)、產(chǎn)品品上市慢慢。選擇開發(fā)發(fā)DSP的因素::軟件工具具(匯編編、鏈接接、仿真真、編譯譯、實(shí)時(shí)時(shí)操作系系統(tǒng))硬件設(shè)計(jì)計(jì)工具((開發(fā)板板和仿真真器)高級(jí)工具具(如基基于圖形形的框圖圖設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)境)22MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心開發(fā)的便便宜程序設(shè)計(jì)計(jì)語(yǔ)言匯編語(yǔ)言言高級(jí)語(yǔ)言言,如C或Ada高級(jí)設(shè)計(jì)計(jì)環(huán)境———基于于圖形的的框圖設(shè)設(shè)計(jì)如MentorGraphics的DSP工作站DSP5600X系列ComdiscoSystems的SPWTMS320C3X系列調(diào)試仿真真工具不管是在在高級(jí)語(yǔ)語(yǔ)言,還還是在匯匯編語(yǔ)言言,調(diào)試試和硬件件仿真工工具都是是值得特特別注意意的。開發(fā)板允許開發(fā)發(fā)人員在在完成最最終硬件件之前實(shí)實(shí)時(shí)地運(yùn)運(yùn)行軟件件。數(shù)量少的的產(chǎn)品也也選擇開開發(fā)板作作為自己己的最終終硬件平平臺(tái)。23MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心多DSP支持對(duì)于某些些大計(jì)算算量的應(yīng)應(yīng)用(如如雷達(dá)、、聲納等等),需需要多片片DSP,,此時(shí),互連的難難易—DSP間通信電電路的設(shè)設(shè)計(jì)互連的性性能—的的吞吐量量、效率率、延遲遲就成為為重要因因素。TITMS320C402個(gè)完全全獨(dú)立立的地地址和和數(shù)據(jù)據(jù)總線線(用用于連連接本本片和和全局局的Mem)。。6個(gè)8bit的并口口,每每個(gè)并并口20Mbytes/s的速率率。這些并并口非非常適適合構(gòu)構(gòu)成超超立方方體和和拓?fù)鋼浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)。AD公司ADSP-21060(a)雙向地地址和和數(shù)據(jù)據(jù)總線線,6個(gè)雙雙向總總線請(qǐng)請(qǐng)求線線。通通過精精致的的總線線構(gòu)造造,可可支持持6個(gè)個(gè)DSP互連。。(b)6個(gè)4bit并口24MenAidong,信息與與通信信工程程學(xué)院院多媒媒體技技術(shù)中中心便攜應(yīng)應(yīng)用在許多多便攜攜應(yīng)用用中((如移移動(dòng)電電話和和尋呼呼、計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)),,電源源功耗耗成為為主要要問題題。采采取了了許多多措施施來降降低電電源功功耗。。減少工工作電電壓AD、、ATQT、Motorola、、TI都已有有3VDSP。休眠模模式許多DSP在等待待狀態(tài)態(tài)時(shí),,關(guān)掉掉DSP中一些些部分分的時(shí)時(shí)鐘,,以減減少功功耗。。蘇醒::內(nèi)部未未掩蓋蓋的中中斷;;特定定的外外部中中心線線;其其它可編程程時(shí)鐘鐘新的DSP允許用用軟件件來改改變DSP的工作作時(shí)鐘鐘頻率率,以以滿足足不同同的任任務(wù)設(shè)設(shè)置不不同時(shí)時(shí)鐘,,節(jié)省省電源源。外圍設(shè)設(shè)備控控制有的DSP允許把把現(xiàn)在在不用用的外外設(shè)屏屏蔽掉掉。25MenAidong,信息與與通信信工程程學(xué)院院多媒媒體技技術(shù)中中心價(jià)格———應(yīng)應(yīng)用、、封裝裝形式式、數(shù)數(shù)量應(yīng)用DSP的價(jià)格格主要要受訂訂貨數(shù)數(shù)量的的影響響,只只要能能滿足足要求求,就就應(yīng)選選擇最最低價(jià)價(jià)格的的,雖雖然它它可能能缺少少靈活活性和和編程程困難難。例如::TMS320C16問世于于1980年年,現(xiàn)現(xiàn)在的的報(bào)價(jià)價(jià)是8美美元元(1000片片時(shí))),正正因?yàn)闉樗鼒?bào)報(bào)價(jià)低低現(xiàn)在在仍能能有定定單。。PackagingPQFP、、TQFP是最便便宜的的,PGA是最貴貴的。。例:33MHzTMS320C30PGA=2.3PQFP(2.3倍)數(shù)量數(shù)量是決定定價(jià)格的一一個(gè)重要因因素,如1~1,000~100,000片的價(jià)格會(huì)會(huì)有顯著的的差異。26MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心DSP選擇小結(jié)DSP的選擇:綜綜合考慮運(yùn)算(定點(diǎn)點(diǎn)、浮點(diǎn)))數(shù)據(jù)寬度速度存儲(chǔ)器組織織開發(fā)難易DSP支持電源功耗價(jià)格等。正確的DSP依賴于你的的應(yīng)用。對(duì)對(duì)于這個(gè)應(yīng)應(yīng)用好,對(duì)對(duì)于另一個(gè)個(gè)不一定就就好。27MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心DSP芯片的選擇擇什么是DSP?DSP的應(yīng)用DSP的運(yùn)算數(shù)據(jù)寬度速度(Speed)存貯的組織織開發(fā)的便宜宜多DSP支持便攜應(yīng)用價(jià)格主題概述DSP工程設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)計(jì)模擬混合電電路設(shè)計(jì)DSPS目標(biāo)系統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)DSP外設(shè)的設(shè)計(jì)計(jì)與使用系統(tǒng)軟件開開發(fā)工程應(yīng)用注注意事項(xiàng)28MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心(一)數(shù)數(shù)字化化設(shè)計(jì)概述述29MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心TMS320C542A/D
A/DFILTERD/ACONTROLLEREPROMRAMFILTER/MUX一個(gè)典型DSPSOLUTION設(shè)計(jì)30MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心設(shè)計(jì)要素::數(shù)字化要求求模擬混合電電路(ADC/DAC)設(shè)計(jì)處理需求((DSP運(yùn)算量)吞吐量需求求存儲(chǔ)器需求求(SRAM、、ROOM、FLASH等)通信口需求求其它控制((電源設(shè)計(jì)計(jì)、狀態(tài)控控制、時(shí)鐘鐘控制、多多DSP控制、......)31MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心(二)模數(shù)數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換1基帶帶信號(hào)采樣樣定理要想連續(xù)信信號(hào)抽取后后能夠不失失真地還原原出原信號(hào)號(hào),則抽取取頻率必須須大于或等等于兩倍原原信號(hào)頻譜譜的最高頻頻率。(Nyquist定理)32MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心2帶通通采樣定理理帶通采樣時(shí)時(shí)采樣頻率率不一定要要滿足Nyquist準(zhǔn)則,帶通通采樣的采采樣頻率選選擇方法為為:(1)fs>2f(BW)(2)fs=4fc/(2NZ-1)其中,NZ=1,,2,3,,…的最大整數(shù)數(shù)。(二)模數(shù)數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換33MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心3量化化與量化誤誤差連續(xù)信號(hào)經(jīng)經(jīng)量化處理理要產(chǎn)生量量化誤差,,對(duì)于均勻勻量化,量量化誤差的的大小為::其中,E為FS電平,us為信號(hào)有效效電平。對(duì)對(duì)于FS正弦輸入,,量化誤差差為:(二)模數(shù)數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換34MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心4ADC/DAC的選擇(1)ADC的種類:逐次比較ADC雙線性ADCFLASHADC-ADC(2)ADC選擇的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn):分辨率率、速度、、輸入動(dòng)態(tài)范范圍、POWER等(3)DAC的選擇(4)濾濾波器設(shè)計(jì)計(jì)(二)模數(shù)數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換35MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心5、DSP與ADC/DAC的接口(1)對(duì)于于串型ADC/DAC接口一般使使用DSP的串口進(jìn)行行數(shù)據(jù)通信信。如C25與11通通道的12位位ADCTLC2543的接口設(shè)計(jì)計(jì)如下:(二)模數(shù)數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換36MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心(二)模數(shù)數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換37MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心(2)對(duì)于于并型ADC/DAC接口一般使使用DSP的I/O口進(jìn)行數(shù)據(jù)據(jù)通信。如如DSP與12位ADCAD678的接口設(shè)計(jì)計(jì)如下:(二)模數(shù)數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換38MenAidong,信息與通信信工程學(xué)院院多媒體技技術(shù)中心(三)目目標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)硬硬件設(shè)計(jì)計(jì)1、DSP的選擇運(yùn)算量?jī)r(jià)格外設(shè)需求求其他因素素……2、DSP配置DATA存儲(chǔ)器大大小PROGRAM存儲(chǔ)器大大小存儲(chǔ)器速速度要求求I/O口配置………39MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心3、DSP基本系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)計(jì)與模數(shù)電電路接口口BOOTLOADER設(shè)計(jì)擴(kuò)展存儲(chǔ)儲(chǔ)器設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)鐘設(shè)計(jì)計(jì)中斷設(shè)計(jì)計(jì)外設(shè)的使使用電源管理理其他……….(三)目目標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)硬硬件設(shè)計(jì)計(jì)40MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心1)BOOTLOADER設(shè)計(jì)MP/*MC=0(片上ROM有效),,復(fù)位后后程序從從FF80開始運(yùn)行行,將跳跳轉(zhuǎn)到BOOTLOADER代碼開始始出。BOOT的流程取取決于I/O口FFFF的值(BRS))和INT2*RS后檢測(cè)INT2是否有效效?有效效按HPIboot模式引導(dǎo)導(dǎo),否則則,讀I/O口FFFFh的BRS,,決定其他他的引導(dǎo)導(dǎo)方式。。BRS決定的引引導(dǎo)方式式xxxx1000:8bit并口I/O引導(dǎo)xxxx1100:16bit并口I/O引導(dǎo)xx????00:串口引導(dǎo)導(dǎo)(詳細(xì)細(xì)說明見見后)xxxxxx01:8bit并行EPROM引導(dǎo)xxxxxx10:16bit并行EPROM引導(dǎo)xxxxxx11:熱引導(dǎo)模模式(三)目目標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)硬硬件設(shè)計(jì)計(jì)41MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心BRS決定的串串口引導(dǎo)導(dǎo)說明::xx000000:8bit緩沖串口口BSP((FSX/CLKX作為輸出出)xx000100:16bit緩沖串口口BSP((FSX/CLKX作為輸出出)xx010000:8bit緩沖串口口BSP((FSX/CLKX作為輸入入)xx010100:16bit緩沖串口口BSP((FSX/CLKX作為輸入入)xx100000:8bit時(shí)分復(fù)用用串口TDM(FSX/CLKX作為輸出出)xx100100:16bit時(shí)分復(fù)用用串口TDM(FSX/CLKX作為輸出出)(三)目目標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)硬硬件設(shè)計(jì)計(jì)42MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心(三)目目標(biāo)標(biāo)系統(tǒng)硬硬件設(shè)計(jì)計(jì)43MenAidong,信息與通通信工程程學(xué)院多多媒體技技術(shù)中心心2)外部存儲(chǔ)儲(chǔ)器接口(三)目目標(biāo)系統(tǒng)硬件件設(shè)計(jì)44MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心A22-A19A18A17A16A15A14-A0*PS*DS*IS*MSTRBR/*WA16A15A14-A0*OE*CS*WE下面給出一個(gè)個(gè)擴(kuò)展外部存存儲(chǔ)器的例子子,重點(diǎn)注意意:a、只使用一片128Kx16的RAMb、與內(nèi)部有效的的RAM相同的地址,,外部RAM無效c、外部RAM的存取速度不能全速運(yùn)行行時(shí),需要根據(jù)速度插插入等待狀態(tài)(三)目目標(biāo)系統(tǒng)硬件件設(shè)計(jì)45MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心3)系統(tǒng)時(shí)鐘鐘設(shè)計(jì)與控制制
CLKOUTVCCcrystaloscillatorGNDExternalClock3.3V電路的兩種接接法:內(nèi)部振蕩器外部晶振(三)目目標(biāo)系統(tǒng)硬件件設(shè)計(jì)46MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心兩種時(shí)鐘控制制方式a、Hardware-programmablePLL(C541、C542、C543、C545&C546)(三)目目標(biāo)系統(tǒng)硬件件設(shè)計(jì)47MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心b、Software-programmablePLL(C541B/C545A/C546A/C548/C549/C5402/C5410/C5420)由時(shí)鐘模式寄寄存器控制((CLKMD)):(三)目目標(biāo)系統(tǒng)硬件件設(shè)計(jì)48MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心軟件編程控制制時(shí)鐘舉例::(設(shè)置CLKOUT=CLKINx3)STM#0h,CLKMD;switchtoDIVmodeTstStatu:LDMCLKMD,AAND#01b,A;pollSTATUSbitBCTstStatu,ANEQSTM#0214fh,CLKMD;SetPLLON/OFFwhen;STATUSisDIVmode;PLLMUL=0010,PLLDIV=0;PLLCOUNT=00101000(41)(三)目目標(biāo)系統(tǒng)硬件件設(shè)計(jì)49MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心4)中斷處理理a、外部中斷引腳腳連接b、修改中斷向量量表c、中斷服務(wù)程序序(三)目目標(biāo)系統(tǒng)硬件件設(shè)計(jì)50MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心5)外設(shè)的使使用計(jì)數(shù)器的使用用標(biāo)準(zhǔn)SP的使用緩沖SP的使用McBSP的使用TDM的使用HPI的使用與設(shè)計(jì)計(jì)DMA的使用與設(shè)計(jì)計(jì)其它I/O接口信號(hào)線(如XF、BIO等)的使用(三)目目標(biāo)系統(tǒng)硬件件設(shè)計(jì)51MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心(四)目標(biāo)板板系統(tǒng)軟件設(shè)設(shè)計(jì)1、源程序的的編寫在編寫匯編語(yǔ)語(yǔ)句時(shí),應(yīng)遵遵循以下規(guī)則則:語(yǔ)句的開頭只只能是標(biāo)號(hào)、、空格、星號(hào)號(hào)或分號(hào)。標(biāo)號(hào)是可選項(xiàng)項(xiàng);如果使用用,必須從第第一列開始。。每個(gè)域必須由由一個(gè)或多個(gè)個(gè)空棵空格來來分開。制表表符等同于空空格。注釋是可選項(xiàng)項(xiàng)。開始于第第一列的注釋釋用星號(hào)或分分號(hào)(*或或;)來標(biāo)標(biāo)明,開始于于其它列的注注釋必須由分分號(hào)開頭。一個(gè)源語(yǔ)句可可以包含四個(gè)個(gè)域,一般格格式如下:[label][:]instruction[;comment]52MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心2、匯編編譯譯指令的使用用匯編編譯指令令用來完成以以下任務(wù):將代碼和數(shù)據(jù)據(jù)匯編進(jìn)特定定的段為未初始化的的變量保留存存儲(chǔ)器空間控制展開列表表的形式存儲(chǔ)器初始化化匯編條件塊定義全局變量量指定匯編器可可以獲得宏的的特定庫(kù)檢查符號(hào)調(diào)試試信息(四)目標(biāo)板板系統(tǒng)軟件設(shè)設(shè)計(jì)53MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心1)程序段定定義的匯編指指令段定義匯編指指令使部分源源程序放入適適當(dāng)?shù)亩沃??!?bss在.bss段中為未初始始化的變量保保留空間.data確認(rèn).data段中的代碼段段。.data段中通常包含含了初始化的數(shù)數(shù)據(jù)(用.int/.word等定義)。.sect定義初始化了了的帶命名的的段,并將緊緊接著的代碼或數(shù)據(jù)并入入該段。.text該段中包含了了可執(zhí)行的代代碼。.usect在一個(gè)未初始始化的有命名名的段中保留留空間(四)目標(biāo)板板系統(tǒng)軟件設(shè)設(shè)計(jì)54MenAidong,信息與通信工工程學(xué)院多媒媒體技術(shù)中心心使用格式和舉舉例.mmregs.bssx,20,1.usect“sin-table”,100…….textLD#0,AADDx,A,B…….sect““cal-sin”LD#lk,ASTLA,sin-tableRET.data.word1,2,3,4.int043h,ff08h除.int和.word外還還有有很很多多用用于于常常量量說說明明的的匯匯編編指指令令,,如如.byte/.field/.space/.bes/.fload/.long/.string/.xfload等,,請(qǐng)請(qǐng)看看教教程程。。(四四))目目標(biāo)標(biāo)板板系系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)55MenAidong,信息息與與通通信信工工程程學(xué)學(xué)院院多多媒媒體體技技術(shù)術(shù)中中心心2))引引用用其其它它文文件件的的匯匯編編指指令令.copy/.include告訴訴匯匯編編器器開開始始從從其其它它文文件件中中讀讀源源語(yǔ)語(yǔ)句句。。.def確認(rèn)認(rèn)一一個(gè)個(gè)在在當(dāng)當(dāng)前前模模塊塊中中定定義義的的且且能能被被其其它它模模塊塊使使用用的的符符號(hào)號(hào)。。.global聲明明一一個(gè)個(gè)外外部部符符號(hào)號(hào),,使使其其它它模模塊塊在在連連接接的的時(shí)時(shí)候候可可以以使使用用它它。。如如果果在在當(dāng)當(dāng)前前段段定定義義了了該該符符號(hào)號(hào),,那那么么該該符符號(hào)號(hào)就就可可以以被被其其它它模模塊塊使使用用;;如如果果在在當(dāng)當(dāng)前前段段中中沒沒有有定定義義該該符符號(hào)號(hào),,則則是是使使用用了了其其它它模模塊塊定定義義的的符符號(hào)號(hào)。。前前一一種種功功能能與與.def相同同,,后后一一種種功功能能與與.ref相同同。。.mlib向匯匯編編器器提提供供一一個(gè)個(gè)包包含含了了宏宏定定義義的的文文擋擋庫(kù)庫(kù)的的名名稱稱。。當(dāng)當(dāng)匯匯編編器器碰碰見見了了一一個(gè)個(gè)在在當(dāng)當(dāng)前前庫(kù)庫(kù)中中沒沒有有定定義義的的宏宏,,就就在在.mlib確認(rèn)認(rèn)的的宏宏庫(kù)庫(kù)中中查查找找。。.ref確認(rèn)認(rèn)一一個(gè)個(gè)在在當(dāng)當(dāng)前前段段中中使使用用但但在在其其它它段段中中定定義義的的符符號(hào)號(hào)。。(四四))目目標(biāo)標(biāo)板板系系統(tǒng)統(tǒng)軟軟件件設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)56MenAidong,信息息與與通通信信工工程程學(xué)學(xué)院院多多媒媒體體技技術(shù)術(shù)中中心心3))條條件件匯匯編編指指令令.if/.elseif/.else/.endif這些些指指令令告告訴訴匯匯編編器器根根據(jù)據(jù)表表達(dá)達(dá)式式的的值值條條件件匯匯編編一一塊塊代代碼碼。。.if表示示一一個(gè)個(gè)條條件件塊塊的的開開始始,,如如果果條條件件為為真真就就匯匯編編緊緊接接著著的的代代碼碼。。.elseif是表表示示如如果果.if的條條件件為為假假,,而而.elseif的條條件件為為真真,,就就匯匯編編緊緊接接著著的的代代碼碼。。.endif結(jié)束束該該條條件件塊塊。。.loop/.break/.endloop這組組指指令令告告訴訴匯匯編編器器按按照照表表達(dá)達(dá)式式的的值值循循環(huán)環(huán)匯匯編編一一塊塊代代碼碼。。.loopexpression標(biāo)注注一一塊塊循循環(huán)環(huán)代代碼碼的的開開始始。。.breakexpression告訴訴匯匯編編器器當(dāng)當(dāng)表表達(dá)達(dá)式式為為假假時(shí)時(shí),,繼繼續(xù)續(xù)循循環(huán)環(huán)匯匯編編;;當(dāng)當(dāng)表表達(dá)達(dá)式式為為真真時(shí)時(shí),,立立刻刻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到到.endloop后的代代碼去去。.endloop標(biāo)注一一個(gè)可可循環(huán)環(huán)塊的的末尾尾。(四))目標(biāo)標(biāo)板系系統(tǒng)軟軟件設(shè)設(shè)計(jì)57MenAidong,信息與與通信信工程程學(xué)院院多媒媒體技技術(shù)中中心4)匯匯編時(shí)時(shí)的符符號(hào)指指令符號(hào)指指令是是使有有意義義的符符號(hào)名名與常常數(shù)值值或字字符串串相等等同.asg該指令令規(guī)定定一個(gè)個(gè)字符符串與與一個(gè)個(gè)替代代符號(hào)號(hào)相等等.asg““10,20,30,40””,coefficients.bytecoefficients.eval計(jì)算一一個(gè)表表達(dá)式式的值值并把把結(jié)果果傳送送到與與一個(gè)個(gè)替代代符號(hào)號(hào)等同同的字字符串串中.evalx+1,x.set/.equ這兩條條指令令把一一個(gè)常常數(shù)值值等效效成一一個(gè)符符號(hào),,存放放在符符號(hào)表表中且且不能能被清清除。。Ccont1,cont1*2,cont1*4其他符符號(hào)指指令:.label/.struct/.endstruct/.tag(四))目標(biāo)標(biāo)板系系統(tǒng)軟軟件設(shè)設(shè)計(jì)58MenAidong,信息與與通信信工程程學(xué)院院多媒媒體技技術(shù)中中心5)其其他匯匯編指指令.align使SPC對(duì)準(zhǔn)1-word到128-word的邊界界。.algebraic告訴編編譯器器文件件包含含了算算術(shù)匯匯編源源代碼碼。.end結(jié)束編編譯。。.mmregs定義存存儲(chǔ)器器映射射寄存存器的的符號(hào)號(hào)名稱稱。.emsg/.mmsg/.wmsg用來定定義自自己的的錯(cuò)誤誤和警警告提提示信信息。。.newblock對(duì)局部部標(biāo)號(hào)號(hào)進(jìn)行行復(fù)位位。.sblock指定幾幾段為為一模模塊。。.version決定為為之建建立指指令的的處理理器。。輸出列列表格格式指指令::.drlist/.drnolist/.fclist/fcnolist/………(四))目標(biāo)標(biāo)板系系統(tǒng)軟軟件設(shè)設(shè)計(jì)59MenAidong,信息與與通信信工程程學(xué)院院多媒媒體技技術(shù)中中心3、命命令文
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