绪论(DSP原理与开发实例).ppt

第一章 绪 论,1.1 DSP芯片 1.2 DSP系统 1.3 小结,【重点难点】 DSP芯片的定义、特点及分类 DSP系统的构成及设计流程,DSP 芯片,1.1 DSP 芯片,DSP： Digital Signal Processing (数字信号处理技术),DSP: Digital Signal Processor (数字信号处理器),DSP: Digital Signal Processor (数字信号处理器),1.1.1 DSP的含义,第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年前后）,1、1978年AMI公司生产出第一片DSP芯片S2811； 2、1979年Intel公司发布了商用可编程DSP器件Intel2920； 3、1980年NEC公司推出的PD7720是第一片具有乘法器的 商用DSP芯片 4、单指令周期200250ns，应用于军事或航空航天领域； 5、代表性器件：Intel2920（Intel）、PD7720（NEC）、 TMS32010（TI）、DSP16（AT&T）、 S2811（AMI）、ADSp-21（AD）等。,1.1.2 DSP的历史与发展,DSP 芯片,第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）,1、单指令周期为80100ns，应用范围扩大到通信、计 算机领域。 2、代表性器件:TI公司的TMS320C20、30、40、50系列， Motorola公司的DSP5600、9600系列， AT&T公司的DSP32等。,DSP 芯片,1、单指令周期10ns左右 2、可在Windows环境下直接用C语言编程 3、DSP芯片逐渐渗透到人们日常消费领域,第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）,表1-1 DSP芯片性能、规模、工艺、价格变化表,DSP 芯片,TI公司常用的定点DSP芯片: TMS320C2000系列：TMS320C2xx、TMS320C24x、TMS320C28x等； TMS320C5000系列：TMS320C54x、TMS320C55x、OMAP等； TMS320C6000系列：TMS320C62x、TMS320C64x、TMS320C67x等； 浮点芯片:TMS320C3x系列，其典型芯片是TMS320VC33。,主要用于自控领域 典型芯片:TMS320C24x和TMS320C28x,主要用于通信、信息技术领域 典型芯片: TMS320C54x、TMS320C55x,主要用于图像和视频处理 典型芯片: TMS320C64x、 TMS320C67x,DSP 芯片,KeyStone多核DSP：TMS320C667x、TMS320C665x等；,主要用于工业自动化、高性能计算、关键任务、视频基础设施和高端成像等 典型芯片: TMS320C667x 、TMS320C665x,TMS320系列芯片DSP的命名方法,TMS 320 （B） VC 5416 PGE （L）,前缀， TMX实验器件； TMP样品器件； TMS合格器件；,器件系列， 320TMS320系列,自举加载选项,工艺： CCMOS； ECMOS EPROM； FCMOS Flash EEPROM LC低电压CMOS（3.3V）； VC低电压CMOS（3V）； UC超低电压CMOS1.83.6V（内核1.8V）；,器件（以C5000系列为例）： C54x：541、542、543、545、546、547、548、549、 5401、5402、5404、5405、5407、5409、 5410、5416、5420、5421、5470、 5471； C55x：5502、5503、5506、5507、5509、5510；,封装形式： N塑料DIP；J陶瓷DIP；GP陶瓷PGA；FZ陶瓷CC； FN塑料引线CC；FD陶瓷无引线；PJ100引脚塑料QFP；PQ132引脚塑料QFP；PZ100引脚塑料TQFP； PBK128引脚塑料TQFP；PGE144引脚塑料TQFP； GGU144引脚BGA； DIP双列直插封装；PGA针栅阵列；CC芯片载体； QFP四边引脚扁平封装；PQFP塑料QFP ； LQFP薄形QFP（1.4mm厚）；TQFP薄形QFP（1.0mm厚） BGA球栅阵列封装；,温度范围： L缺省070；A-4085；S-55100； M-55125,DSP 芯片,1.1.3 DSP的分类,一、按基础特性分类,1、依据：工作时钟和指令类型 2、分类：静态DSP芯片、一致性DSP芯片。,二、按数据格式分类,1、依据：芯片工作的数据格式 2、分类：定点DSP、浮点DSP,三、按用途分类,1、依据：用途 2、分类：通用型DSP、专用型DSP,DSP 芯片,1.1.4 DSP的结构特点,一、采用哈佛结构,一、采用哈佛结构,DSP 芯片,二、采用多总线结构 1、可同时进行取指令和多个数据存取操作，并由辅助 寄存器自动增减地址进行寻址，使CPU在一个机器 周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问； 2、一个机器周期内可以完成如下操作： 从程序存储器中取一条指令； 从数据存储器中读两个操作数； 向数据存储器写一个操作数。,DSP 芯片,三、采用流水线（pipeline）技术,三、采用流水线（pipeline）技术,DSP 芯片,可在一个周期内完成一次乘法和一次累加操作， 从而可实现数据的乘法-累加操作。,四、配有专用的硬件乘法-累加器,五、具有特殊的DSP指令,TMS320C54x中的FIRS和LMS指令，专门用于完成 系数对称的FIR滤波器和LMS算法。,六、快速的指令周期,指令周期可在20ns以下,DSP 芯片,七、硬件配置强,新一代的DSP芯片具有较强的接口功能，除了具有 串行口、定时器、主机接口（HPI）、DMA控制器、 软件控制的等待状态发生器等片内外设外， 还配有中断处理器、PLL、片内存储器、测试接口等 单元电路，可以方便地构成一个嵌入式自封闭控制 的处理系统。,八、省电管理和低功耗,DSP功耗为0.54W，若采用低功耗技术可降到0.25W,九、支持多处理器结构,DSP 芯片,1.1.5 DSP的应用领域,1、 通信领域 2、 信号处理 3、 语音 4、 军事 5、 图形与图像 6、 仪器仪表 7、 自动控制 8、 医疗 9、 家用电器 10、汽车电子,DSP 芯片,还可以举出很多例子,医院用的B超、CT、核磁共振 卫星遥感遥测 图像识别/鉴别 反噪声 风洞试验 . . DSP的应用领域取决于设计者的想象空间,DSP 芯片,DSP系统,1.2 DSP 系统,1.2.1 DSP系统的构成,1.2.2 DSP系统的优势,1、数字信号处理的实现方法有如下几种： 1）在通用的微型计算机上用软件实现。 2）在通用的计算机系统中加上专用的加速处理机实现。 3）用FPGA等产品实现数字信号处理算法。 4）用单片机实现。 5）用通用的可编程DSP芯片实现。 6）用于极高速信号处理的专用DSP芯片。,DSP系统,2、DSP系统的优势 1）与通用单片机（MCU）相比,DSP系统,2）与模拟系统相比,（1）接口方便 （2）编程灵活 （3）运行速度快 （4）可重复性好 （5）精度高 （6）稳定性好 （7）大规模集成 （8）可获得高性能指标,DSP系统,数字信号处理局限性,1、自然界的信号绝大多数是模拟信号 2、模拟信号处理系统从根本上说是实时的 3、射频信号必须用模拟信号实现,DSP系统,DSP系统,1.2.3 DSP系统的设计,1）系统的采样频率 2）实时性 3）算法精度 4）存储空间 5）I/O口 6）成本要求,1）DSP芯片的运算速度 指令周期：执行一条指令所需要的时间，通常以ns（纳秒）为单位； MAC时间：一次乘法和一次加法的时间； FFT执行时间：运行一个N点FFT程序所需时间； MIPS：每秒执行百万条指令； MOPS：每秒执行百万次操作； MFLOPS：每秒执行百万次浮点操作； BOPS：每秒执行十亿次操作。 2）DSP芯片的价格 3）DSP芯片的硬件资源 4）DSP芯片的运算精度 5）DSP芯片的开发工具 6）DSP芯片的功耗 7）