DSP原理與應(yīng)用

TheTechnology&ApplicationsofDSPsDSP原理與應(yīng)用

TheTechnology&Appl第一章:概述第1.1節(jié)概述第1.2節(jié)DSP芯片分類和特點第1.3節(jié)選擇DSP芯片的原則習題第一章:概述第1.1節(jié)概述第1.1節(jié)概述—什么是DSP(WhatisDSP?)數(shù)字信號處理和模擬信號處理第1.1節(jié)概述—什么是DSP(WhatisDSP?)數(shù)第1.1節(jié)概述—什么是DSP(WhatisDSP?)DSP(DigitalSignalProcessing)

數(shù)字信號處理(DSP，DigitalSignalProcessing)是指為得到滿足人們需要的信號形式而對數(shù)字化的信號進行處理的數(shù)學原理、方法和手段，也就是說將現(xiàn)實世界的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再用數(shù)學的方法來處理此數(shù)字信號，得到相應(yīng)的結(jié)果。 例如IIR、FIR、FFT第1.1節(jié)概述—什么是DSP(WhatisDSP?)D第1.1節(jié)概述—什么是DSP(WhatisDSP?)DSP算法的實現(xiàn)

基于PC的軟件實現(xiàn)各種軟件編解碼器，如mp3player,avi播放器等 硬件實現(xiàn)MCU實現(xiàn)FPGA/ASIC實現(xiàn)DSPs實現(xiàn)第1.1節(jié)概述—什么是DSP(WhatisDSP?)D第1.1節(jié)概述—什么是DSP(WhatisDSP?)DSPs(DigitalSignalProcessors)

數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessors,DSPs）是指一類具有專門為完成數(shù)字信號處理任務(wù)而優(yōu)化設(shè)計的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、硬件和軟件資源的單片可編程處理器件。第1.1節(jié)概述—什么是DSP(WhatisDSP?)D第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)DSPs專為DSP算法進行優(yōu)化

為數(shù)學計算而設(shè)計DSPs是可編程的 可方便地修改和更新程序DSPs高度集成化 多種外設(shè)、功耗低第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)DSP第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)DSPs特點：(1)哈佛總線結(jié)構(gòu)(2)流水線技術(shù)(3)片內(nèi)多總線并行技術(shù)(4)軟、硬件等待功能(5)獨立的乘法器和加法器(6)低功耗、體積小、價格低(7)DMA通道和通信口(8)中斷和定時器第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)DSP(1)哈佛總線結(jié)構(gòu)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)馮·諾曼結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)改進的哈佛結(jié)構(gòu)(1)哈佛總線結(jié)構(gòu)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(Why第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(1)哈佛總線結(jié)構(gòu)馮·諾曼結(jié)構(gòu)處理器指令流與時鐘的關(guān)系哈佛結(jié)構(gòu)處理器指令流與時鐘的關(guān)系第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(1)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(2)流水線技術(shù) 流水線概念取自工廠自動化生產(chǎn)線，它是一種可以使兩個或更多的操作在執(zhí)行時發(fā)生重疊的技術(shù)，在流水線操作中，一個任務(wù)被分解為若干子任務(wù)，這樣它們就可在執(zhí)行時相互重疊。一個子任務(wù)被稱為一個流水段。第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(2)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(3)片內(nèi)多總線并行技術(shù)

DSP可以充分利用哈佛結(jié)構(gòu)多重總線的優(yōu)點，在一個周期里使內(nèi)部的各個處理單元同時工作，實現(xiàn)高度的并行處理。如在一個周期里可以同時完成取指令、計算下一個指令的地址、執(zhí)行一個或兩個數(shù)據(jù)傳輸、更新一個或兩個地址指針并且進行計算等等。F28335包含程序讀總線、數(shù)據(jù)讀總線、數(shù)據(jù)寫總線第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(3)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(4)軟、硬件等待功能 可設(shè)定的軟件等待周期 外部設(shè)備數(shù)據(jù)就緒指示(硬件等待)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(4)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(5)獨立的乘法器和加法器 硬件乘法器 多種乘法 乘法輸入輸出寄存器 乘法加法器第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(5)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(5)獨立的乘法器和加法器 實時處理如果等待時間>0,則可以稱這個應(yīng)用為一個實時應(yīng)用應(yīng)用舉例：16bits,20kHz音頻512*512*16bits,30fps視頻第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(5)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(6)低功耗、體積小、價格低

DSPs同PC用CPU比較(pentium,AMD等)

尺寸 功耗 價格 構(gòu)成

DSPs應(yīng)用場合價格低、尺寸小、低功耗、實時性要求高的場合 通用處理(GeneralPurposeProcessor)應(yīng)用場合大內(nèi)存、高級操作系統(tǒng)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(6)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(7)DMA通道和通信口存儲技術(shù) 雙口存儲器

SARAM

寄存器文件

FIFO Cache

外部RAM接口通信口SPISCICAN(optional)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(7)第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(8)中斷和定時器多級多路中斷源多個定時器應(yīng)用:信號處理,通信,語音,圖形圖像,軍事,儀器儀表,自動控制,醫(yī)療,家用電器…第1.1節(jié)概述—為什么用DSP(WhyDSPs?)(8)第1.2節(jié)DSP的分類和特點TexasInstruments:TMS320C2000TMS320C5000TMS320C6000TMS320C3XAnalogDevices:ADSP-21xxSHARCDSPTigerSharcDSPblackfinMotorola:DSP560xxDSP563xxDSP566xxDSP568xxLucent:DSP-16xxDSP-16xxxLucent+Motorola:StarCore140Core第1.2節(jié)DSP的分類和特點TexasInstrumen第1.2節(jié)DSP的分類和特點功能上分通用型TITMS320，ADADSP-21xx,DSP56X，StarCore140專用型ADV601混合型TIOMAP數(shù)據(jù)格式上分定點型浮點型第1.2節(jié)DSP的分類和特點功能上分第1.2節(jié)DSP的分類和特點第1.2節(jié)DSP的分類和特點第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C2000TMDSP平臺(C2000TMDSP)

該平臺提供了推動數(shù)字控制最全面的DSP解決方案。該平臺采用內(nèi)存等片上外設(shè)、超高速A/D轉(zhuǎn)換器以及強大、可靠的CAN模塊相組合。C2000DSP平臺創(chuàng)造了性能與外設(shè)集成的新標準。最新的C2000DSP控制器(TMS320F28xxDSP)的目標是工業(yè)自動化、光纖網(wǎng)絡(luò)以及汽車控制應(yīng)用。C24XC28X第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C2000TMD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C24xDSP系列(定點)(1)規(guī)格：①40MIPS的運行速率；②3種斷電模式；③代碼兼容、控制優(yōu)化DSP；④基于JTAG掃描的仿真；⑤3.3V與5V設(shè)計。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C24xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C24xDSP系列(定點)(2)應(yīng)用:數(shù)字化馬達控制 電氣、壓縮機、工業(yè)自動化、不間斷電源(UPS)系統(tǒng)、汽車剎車與操縱系統(tǒng)、電氣儀表、打印機與復印機、手持電源工具、電子冷卻系統(tǒng)、智能傳感器、可調(diào)激光、消費類產(chǎn)品(加油泵、工業(yè)頻率轉(zhuǎn)換器、遠程監(jiān)控、ID標簽閱讀器)。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C24xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C24xDSP系列(定點)(3)特性：①375ns(最低轉(zhuǎn)換時間)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器;②死區(qū)邏輯;③雙通道10位A/D轉(zhuǎn)換器;④4個16位通用定時器;⑤看門狗定時器模塊;⑥16條PWM通道;⑦41個GPIO引腳;⑧5個外部中斷；⑨2個事件管理器；第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C24xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C24xDSP系列(定點)(3)特性：⑩32KB分扇區(qū)閃存；。⑾控制器域網(wǎng)絡(luò)(CAN)接口模塊；⑿串行通信接口(SCI)；⒀串行外設(shè)接口(SPI)；⒁6個采集單元(4個帶QEP)；⒂引導ROM(LF240×A器件)；⒃針對片上閃存/ROM的代碼安全性(L×240×A器件)。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C24xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C28xDSP系列(定點)(1)規(guī)格：①?32位定點C28xTMDSP內(nèi)核；②?150MIPS的速率運行；③?1.9V內(nèi)核與3.3V外設(shè)。(2)應(yīng)用：照明，光纖網(wǎng)絡(luò)(ONET)，電源，工業(yè)自動化，消費類產(chǎn)品。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C28xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C28xDSP系列(定點)(3)特性：針對任何中斷的超高速20～40ns服務(wù)時間；強大的20Mb/s數(shù)據(jù)記錄調(diào)試功能；32/64位飽和度，單循環(huán)讀—修改—寫指令，64/32與32/32模數(shù)除法；高性能ADC；增強的工具套件，具備C與C++支持；獨特的實時調(diào)試功能；32×32單循環(huán)定點MAC，雙通道16×16單循環(huán)定點MAC；第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C28xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C28xDSP系列(定點)(3)特性：具備16位指令支持，以提高代碼效率；兼容TMS320C24xDSP與TMS320C2xLP源代碼。128K分扇區(qū)閃存；12位A/D、12.5MSPS吞吐量、80ns最低轉(zhuǎn)換時間；2個事件管理器，2個串行通信接口模塊；SPI，McBSP模塊；增強的CAN模塊；引導ROM；針對片上閃存的代碼安全性。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C28xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C5000DSP平臺

該平臺可提供20多種器件，包括OMAP5910處理器，其在單個芯片上集成了TMS320C55xTMDSP內(nèi)核與TI增強的ARM。C5000DSP平臺是功耗敏感的系統(tǒng)設(shè)計人員的最佳選擇，可以提供0.33mA/MHz的低功耗以及高達600MIPS的性能。

C54X C55X OMAP4Platform第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C5000DSP第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C54xDSP系列(定點)(1)規(guī)格:16位定點DSP；100MIPS情況下，功耗低于60mW；提供30～532MIPS性能的單核與多核產(chǎn)品；提供1.2V、1.8V、2.5V、3.3V與5V版本；3種斷電模式；全面的RAM與ROM配置；自動緩沖串行端口；多信道緩沖串行端口；主機端口接口；超薄封裝(100、128、144與176引腳LQFP；144、176與169引腳MicroStarBGAsTM)；每核6通道DMA控制器。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C54xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C54xDSP系列(定點)(2)應(yīng)用：數(shù)字蜂窩通信、個人通信系統(tǒng)(PCS)、尋呼機、個人數(shù)字助理、數(shù)字無繩通信、無線數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)、計算機電話、分組語音、便攜的互聯(lián)網(wǎng)音頻、調(diào)制解調(diào)器。(3)特性：集成Viterbi加速器；40位加法器與2個40位累加器，以支持并行指令；40位ALU，帶兩個16位配置功能，用于雙單循環(huán)運行；17×17乘法器，可實現(xiàn)16位帶符號乘法運算；4條內(nèi)部總線與雙地址生成器，可實現(xiàn)多程序和數(shù)據(jù)提??；單循環(huán)歸一化與指數(shù)編碼；8個輔助寄存器和1個軟件堆棧，可實現(xiàn)高級定點DSPC編譯程序；用于電池驅(qū)動應(yīng)用的斷電模式。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C54xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C55xDSP系列(定點)(1)規(guī)格：內(nèi)核可以為高達600MIPS。在整個C5000DSP平臺上可實現(xiàn)軟件兼容。功耗0.15mW/MHz。(2)應(yīng)用： 功能豐富的便攜產(chǎn)品，2G、2.5G、3G手機與基站，數(shù)字音頻播放器，數(shù)碼相機，電子圖書，語音識別，GPS接收器，指紋/模式識別，無線調(diào)制解調(diào)器，耳機，生物辨識。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C55xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C55xDSP系列(定點)(3)特性：高級自動電源管理；可配置的空閑域，以延長電池壽命；縮短調(diào)制過程，從而加快產(chǎn)品上市進程。①C5501/C5502DSP：②C5509DSP：144/200MHz時鐘頻率；256KBRAM，64KBROM；3個McBSP；I2C；看門狗定時器；通用定時器。新型的C5509DSP外設(shè)。USB2.0全速(12Mb/s)、10位ADC、實時時鐘(RTC)、到MMC與SD的無縫媒體接口．第1.2節(jié)DSP的分類和特點TITMS320C55xD第1.2節(jié)DSP的分類和特點TIOMAP5910DSP OMAP即開放多媒體應(yīng)用平臺(OpenMultimediaApplicationPlatform)。雙內(nèi)核OMAP5910處理器是在單個芯片上集成了TMS320C55xTMDSP內(nèi)核及TI增強型ARM925。它能夠?qū)崿F(xiàn)極高性能與低功耗的完美組合。這種獨特的架構(gòu)可以同時為DSP和ARM開發(fā)人員提供極具吸引力的解決方案，在融合了ARM的指令與控制功能的情況下，能夠提供DSP的低功耗與實時信號處理功能。應(yīng)用范圍非常廣泛，從互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用到軍事與政府移動系統(tǒng)，無所不含。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TIOMAP5910DSP第1.2節(jié)DSP的分類和特點(1)應(yīng)用：因特網(wǎng)設(shè)備、增強型游戲、Webpad、銷售點設(shè)備、醫(yī)療器件、業(yè)界專用PDA、遠程信息、數(shù)字媒體處理、安全性、軟件無線電。(2)特性：①150MHz的TI增強ARM925微處理器：16KB指令高速緩沖存儲器以及8KB數(shù)據(jù)緩沖器；數(shù)據(jù)與指令MMU；32位與16位指令集。②150MHzTMS320C55xTMDSP內(nèi)核：24KB指令高速緩沖存儲器；160KBSRAM；用于視頻算法的硬件加速器。第1.2節(jié)DSP的分類和特點(1)應(yīng)用：因特網(wǎng)設(shè)備、增強第1.2節(jié)DSP的分類和特點(3)外設(shè)與片上資源：192KB共享SRAM；用于SDRAM與閃存的2個16位內(nèi)存接口；9通道系統(tǒng)DMA控制器；LCD控制器；USB1.1主機與客戶機；MMC/SD卡接口；7個串行端口，外加3個UART；9個定時器；鍵盤接口；小型、289引腳、12mm×12mm(GZG)或9mm×19mm(GDY)MicroStarBGAs封裝選項第1.2節(jié)DSP的分類和特點(3)外設(shè)與片上資源：第1.2節(jié)DSP的分類和特點(4)OMAP4平臺處理器：第1.2節(jié)DSP的分類和特點(4)OMAP4平臺處理第1.2節(jié)DSP的分類和特點(4)OMAP4平臺處理器：轉(zhuǎn)為智能手機、平板電腦和其他移動多媒體設(shè)備設(shè)計硬件1080p多標準高清視頻編解碼視頻捕捉和拍照硬件雙核ARM?Cortex?-A93D圖形加速卡移動應(yīng)用平臺WinCE,Linux,TIDSP/BIOS,Android第1.2節(jié)DSP的分類和特點(4)OMAP4平臺處理第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C6000DSP平臺 該平臺融合了高性能硬件與豐富的開發(fā)資源，帶來了低成本與低功耗，并能夠提供高達720MHz的時鐘頻率。該平臺具有眾多代碼完全兼容的器件。其性能在定點可以達到1200～5760MIPS，在浮點可以達到600～1350MFLOPS。C64XC62X/C67X第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C6000DSP第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C64XDSP平臺(1)規(guī)格:①TMS320C64xDSP的高性能核心可提供高達1GHz的可擴展性能;②業(yè)界中速度最快的DSP，性能高達720MHz(5760MIPS);③C64xTMDSP與TI的C62xTMDSP在軟件方面具有兼容性。(2)應(yīng)用：DSL與調(diào)制解調(diào)器組、基站收發(fā)器、無線LAN、企業(yè)PBX、多媒體網(wǎng)關(guān)、寬帶視頻代碼轉(zhuǎn)換器、視頻流服務(wù)器與客戶機、高速掃描影像處理(RIP)引擎、網(wǎng)絡(luò)相機。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C64XDSP平第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C64XDSP平臺(3)特性:時鐘頻率可達300～720MHz,指令執(zhí)行速度可達2400～5760MIPS，具有各種外設(shè)①TMS320C6411DSP：256KB字節(jié)L2內(nèi)存。②TMS320C6412DSP：靈活的32位PCI、32位HPI或10/100Mb以太網(wǎng)MAC；256KB字節(jié)L2內(nèi)存。③TMS320C6414DSP：三個多信道緩沖串行端口(McBSP);32位主機端口接口(HPI)。④TMS320C6415DSP：靈活的32位/33MHzPCI或32位HPI;用于ATM(UTOPIA)或McBWSP的PHY接口。第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C64XDSP平第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C2833532位C28X+32位單精度浮點運算(FPU)150MHz，1.9V內(nèi)核，3.3VIO32位CPU,32位FPU,16*1632*32乘法器6路DMA通道32位外部接口RAM,FLASH,可外擴BootROM88路復用IO128位加密鎖18路PWM輸出，6個事件捕捉器3個獨立32位定時器2路CAN,3路SCI,2路SPI,1路I2C16路12位80nsAD轉(zhuǎn)換器支持C/C++編程,低功耗模式第1.2節(jié)DSP的分類和特點TMS320C28335第1.3節(jié)選擇DSP芯片的原則

設(shè)計DSP系統(tǒng)，首先應(yīng)確定所設(shè)計DSP系統(tǒng)的性能指標，選擇合適的DSP芯片，不同的DSP應(yīng)用系統(tǒng)由于應(yīng)用場合、應(yīng)用目的不盡相同，對DSP芯片的選擇也是不同的。第1.3節(jié)選擇DSP芯片的原則 設(shè)計DSP系統(tǒng)，首先應(yīng)確定第1.3節(jié)選擇DSP芯片的原則1.設(shè)計DSP系統(tǒng)應(yīng)考慮的技術(shù)指標(1)由信號的頻率范圍確定系統(tǒng)的最高采樣頻率(2)由采樣頻率、要進行的最復雜算法所需要時間來判斷系統(tǒng)能否實時工作(3)由以上因素確定何種類型的DSP芯片的指令周期可滿足需求；(4)由數(shù)據(jù)量的大小確定所使用的片內(nèi)RAM及需要擴展的RAM的大??；(5)由系統(tǒng)所需要的精度來確定是采用定點運算還是浮點運算；(6)根據(jù)系統(tǒng)是計算用還是控制用來確定I/O端口的需求。第1.3節(jié)選擇DSP芯片的原則1.設(shè)計DSP系統(tǒng)應(yīng)考慮的第1.3節(jié)選擇DSP芯片的原則2.選擇DSP需要考慮的因素(1)DSP芯片的運算速度：①指令周期(MOPS)②MAC時間(MACS)③FFT執(zhí)行時間④MIPS⑤BDTIBenchmark(2)DSP芯片的硬件資源。(3)DSP芯片的運算精度。(4)DSP芯片的價格。(5)DSP芯片的開發(fā)工具。(6)DSP芯片的功耗。第1.3節(jié)選擇DSP芯片的原則2.選擇DSP需要考慮的因第1.3節(jié)選擇DSP芯片的原則3.一般原則(1)主流產(chǎn)品，在DSP市場上占較大的份額；(2)用戶眾多，便于與他人交流；(3)性能/價格比好。(4)其他:除了上述因素外，選擇DSP芯片還應(yīng)考慮到封裝的形式、質(zhì)量標準、供貨情況、生命周期等。第1.3節(jié)選擇DSP芯片的原則3.一般原則習題1.請詳細描述傳統(tǒng)的DSP芯片的主要結(jié)構(gòu)特點。2.結(jié)合所在實驗室的某項目，做一篇DSP選型報告，要求有項目描述、重點問題、選型依據(jù)、性能比較等內(nèi)容。

(以下3和4任選一題即可）3.目前數(shù)字信號處理應(yīng)用的實現(xiàn)方案很多，主要采用包括：

(1)DSPprocessors(2)FPGA:fieldprogrammablegatearray(3)ASSP:applicationspecificstandardproduct(4)ASIC:applicationspecificintegratedcircuit

請簡單描述(2)(3)(4)，并分別列舉出一個具體的芯片及其相