DSP原理及应用——总复习(包括大纲要求和97个复习自....ppt

本章内容主要是概念性知识要点 其复习可在熟悉教材的基础上复习课后作业和完成以下测试题来进行 1 DSP芯片内部采用 哈佛 结构 这种结构将 数据总线 和 地址总线 分开 允许同时取来自 程序存储器 的指令和 数据存储器 的数据 2 改进的哈佛结构允许指令存储在 高速缓冲器 中 执行此指令 不需要再从存储器中读取指令 节约了一个指令周期的时间 3 TMS320C54x内部有 PCDE 等4条总线 每条总线又包括 地址总线 和 数据总线 可以在一个机器周期内从程序存储器取 1 条指令 从数据存储器读 2 个操作数和向数据存储器写 1 个操作数 4 一般而言 一个具有四级流水线的DSP芯片执行一条指令 是将指令分为 取指令 指令译码 取操作数 执行指令四个阶段 5 TMS320C54xDSP的FIR指令专门用于系数对称的 有限长单位冲激响应滤波器 算法 请写全称 LMS指令用于 最小的方 自适应滤波器 算法 请写全称 6 选择DSP芯片应考虑 运算速度 价格 运算精度 硬件资源 开发工具 功耗 等主要因素 其它如封装形式 质量标准 供货情况和生命周期也应顾及 7 TI公司目前常用的DSP芯片归纳为三大系列 即 TMS320C2000 系列 包括TMS320C20 x C24x C28x TMS320C5000系列 包括TMS320C54x C55x TMS320C6000系列 包括TMS320C62x C67x C64x 8 目前世界上生产通用DSP的厂家主要有哪几家 请至少说出4个 答 TI公司 Lucent 朗讯 公司 AD 模拟器件 公司 Motorola 摩托罗拉 公司 NEC公司9 请说出衡量DSP芯片运算速度的性能指标 至少3种 答 指令周期 MAC时间 FFT执行时间 MIPS MOPS MFLOPS BOPS等 10 请画出4级流水线操作图 请画出4级流水线操作图 1 11 典型的DSP系统应包括抗混叠滤波器 数据采集A D转换器 数字信号处理器DSP D A转换器 低通滤波器12 DSP系统的特点是 接口方便 编程方便 具有高速性 稳定性好 精度高 可重复性好 集成方便13 DSP芯片的特点是 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法 程序和数据空间分开 可以同时访问指令和数据 片内具有快速RAM 通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持 快速的中断处理和硬件I O支持 快速的中断处理和硬件I O支持 可以并行执行多个操作 支持流水线操作 使取指 译码和执行等操作可以重叠执行 14 DSP系统的设计过程可分为明确设计任务 确定设计目标 算法模拟 确定性能指标 选择DSP芯片和外围芯片 设计实时的DSP应用系统 硬件和软件调试 系统集成和测试6个阶段 15 DSP芯片按基础特性分类可分为静态 DSP芯片和 一致性 DSP芯片 按用途可分为通用型DSP芯片和 专用型 DSP芯片 按数据格式可分为 定点DSP芯片和浮点DSP芯片 DSP原理及应用 总复习 第2章TMS320C54x的硬件结构大纲要求 基本内容 C54x的基本结构 C54x的主要特性和外部引脚 C54x的内部总线结构 C54x的中央处理器 C54x的存储器空间结构 C54x的片内外设电路 C54x的系统控制 C54x的外部总线 教学重点 C54x的中央处理器 C54x的存储空间结构和片内外设电路 教学难点 C54x的系统控制中关于流水线操作的理解 基本要求 掌握DSP芯片的CPU 存储器和片内外设的基本结构和工作原理 正确理解C54x的系统控制和外部总线 本章内容概念较多 并多为理解记忆的知识要点 其复习应围绕教学重点进行归纳总结 可通过做课后习题以及下述测试题来进行 1 请写出TMS320C54xDSP8条总线的英文简称 答 1组程序总线PB 3组数据总线CB DB EB4组地址总线PAB CAB DAB EAB2 程序总线传送取自程序存储器的指令代码和立即操作数 3 请说明TMS320C54xDSP的CPU执行下列读写操作时分别用到哪些总线 书24 1 程序写PABEB 2 单数据读DABDB 3 双数据读 系数读PABCABDABPBCBDB 4 外设读DABDB 5 外设写EABEB4 TMS320C54xDSP的3组数据总线CB DB和EB中 CB和DB传送读到数据存储器的操作数 EB传送写到存储器的数据 5 C54xDSP利用两个辅助寄存器算术运算单元ARAU0和ARAU1在每个周期内产生2个数据存储器的地址 6 C5402采用双电源供电 共内核电源电压为 1 8V IO电源电压为 3 3V 7 C5402芯片共有 20 个地址引脚 可寻址 1兆 字的外部程序空间 64千 字的外部数据空间和 64千 字的外部IO空间 8 TMS320C54x芯片都有2个通用的IO引脚 分别为 XF 和 BIO 9 TMS320C54x系列DSP芯片的内部结构包括中央处理器CPU 内部总线控制 特殊功能寄存器 数据存储器RAM 程序存储器ROM I O接口扩展功能 串行口 主机通信接口HPI 定时器及中断系统10个组成部分 10 C54x的2个地址生成器包括 8 个辅助寄存器和 2 个辅助寄存器算术单元 11 根据ALU功能框图回答问题 1 ALU如何获取数据 ABTC DS 2 ALU输出数据送往何方 ACCA ACCB 3 请分别说明SXM C C16控制位的作用 SXM 符号位扩展方式控制位C 进位标志C16 双16位 双精度算术运算方式控制位12 若OVM 1 当正向溢出和负向溢出时 ALU将如何处理运行结果 正 007FFFFFFFH负 FF80000000H13 累加器A和B都可分为三部分 保护位AG 高阶位AH 和 低阶位AL 其中 AG 用作计算时的数据位余量 以防止诸如自相关那样的迭代运算时溢出 14 设A FF20100614 执行STLA 6 T指令后 累加器 和数据存储器单元T中的结果分别是多少 T 8500HA不变15 累加器A和B的差别仅在于累加器 A 的31 16位可以用做乘法器的一个输入 16 如何对进位位C清零和置位 清零 RSBXC置位 SSBXC 17 桶形移位寄存器的任务是为输入的数据 定标 包括在ALU运算前对来自数据存储器的操作数或累加器的值进行 定标 对累加器的值进行 移位 归一化处理 等 18 C54XCPU的乘法器 加法器单元包含一个 17 17 位乘法器和 40 位加法器可以 在一个流水线状态周期内完成一次 乘加 运算 19 当ST1中的小数方式位FRCT 1 乘法器工作在小数相乘方式 乘法结果自动左移1位 以消去多余的符号位 20 比较 选择和存储单元CSSU是专为 Viterbi 算法设计的硬件单元 只要将ST1中的 C16 位置1 ALU就被配置成双16位工作方式 所有的双字指令都变成双16位的算术运算指令 ALU可以在一个机器周期内完成两个16位数的加 减运算 结果分别存放在累加器的高16位和低16位 然后可以利用 CMPS 指令对累加器的高16位和低16位进行比较 并选择较大者存放到指令所规定的存贮单元中 21 指数编码器是使用 EXP 指令和 NORM 指令对累加器的数值进行归一化处理 22 指数编码器可以在单个周期内执行 EXP 指令 求得累加器中数的 指数 值 并以2的补码的形式存放到 T暂存器 中 23 C54x提供三个16位寄存器来作为CPU状态和控制寄存器 它们分别为 ST0 ST1 和 PMST 24 状态寄存器0中 ARP 字段是作为辅助寄存器指针 在间接寻址 单 操作数时 用来选择辅助寄存器 当DSP工作在 标准 方式时 不能修正ARP 它必须置 0 25 状态寄存器0中 DP字段称 数据存储页指针 在直接寻址方式 若ST1中的CPL 0 该字段 9位 与指令中给出的低7位地址一起形成一个16位直接寻址存储器的地址 26 CPL 1 选择堆栈指针的直接寻址方式 27 INTM 0 A 全部可屏蔽中断 A 开放 B 关闭28 ASM规定一个多大范围的移位值 答 16 15 29 处理器工作方式状态寄存器PMST中的IPTR 为中断向量指针 它指示中断向量所驻留的128字程序存储器的位置 DSP复位时 这9位字段全部置 1 所以复位向量总是驻留在程序存储空间的FF80H 30 C54x处理器工作方式状态寄存器PMST中有3个状态位 MP MC OVLY和 DROM 用来安排C54X片内存存储器作为程序或数据空间 31 若MP MC 0 则片内ROM安排到 程序空间 32 若OVLY 1 则片内RAM安排到 程序空间和数据空间 33 若DROM 0 则片内ROM不安排到数据空间 34 C54x的CPU包括 ALU ACCAA和ACCB BarrelShifter MAC CSSU 指数编码器 及CPU状态和控制寄存器 34 C54X中 内部存储器的形式有 SARAM DARAM 和 RO三种 SARAM和DARAM 总是安排到数据存储空间 也可以构成程序存储空间 ROM 一般构成程序存储空间 也可部分地安排到数据存储空间 35 所谓双寻址RAM DARAM 就是一个周期内进行两次存取操作的RAM存储器 而单寻址RAM SARAM 就是 一个周期内进行一次存取操作 的RAM存贮器 36 C5402内部含有 4K 字的ROM 16K 字的DARAM 0K 字的SARAM 37 C5402有20条外部程序地址线 其程序空间可扩展至1M字 整个程序空间分成 16 页 页号由存储器映像CPU寄存器 XPC 设定 38 当TMS320VC5402片内RAM安排到程序空间时 每页程序存储器分成两部分 一部分是公共的16K字 另一部分是各自独立的48K字 当片内ROM被寻址 MP MC 0 它只能在 0 页 不能映像到程序存储器的其它页 39 C54x有两类特殊功能寄存器 它们都映像到数据空间的第 0 页 第一类是 CPU 寄存器 它们映象到数据空间的 0000H 001FH地址范围内 主要用于程序的运算处理和寻址方式的选择及设定 第二类是片内外设寄存器 它们映象到数据空间的0020H 005FH区域内 主要用于控制片内外设 包括串行通信控制寄存器组 定时器控制寄存器组 机器周期设定寄存器组等 40 C54x提供了一个具有64K字的I O空间 主要用于对片外设备的访问 可以使用 PORTR指令和 PORTW指令对I O空间寻址 对I O空间访问时 除了使用数据总线和地址总线外 还要用到 IS IOSTRB R W 控制线 其中 IS 和 IOSTRB 用于选通I O空间 R W 用于控制访问方向 41 C54X片内有两个部件 软件可编程等待状态发生器和可编程分区转换逻辑 控制着外部总线的工作 42 C5402有一个6 级深度的流水线 在任何一个机器周期内 可以有 1 6条不同的指令在同时工作 每条指令工作在不同级的流水线上 43 C5402的流水线结构可分为预取指 取指 译码 寻址 读数 执行几个阶段 44 流水线冲突产生的原因是什么 有哪些方法可以避免流水线冲突 答 原因 1 资源有限 指令同时访问DARAM同一存储块 2 后一指令要用到前一指令提供的操作数 但前一指令尚未执行操作 避免方法 1 C语言 2 保护性指令 3 插入若干NOP空指令 DSP原理及应用 总复习 第3章TMS320C54x的指令系统大纲要求 基本内容 寻址方式 指令的表示方法 指令系统的传送类 算术运算类指令 指令系统的逻辑运算程序控制指令等 教学重点 寻址方式 常用指令的功能和用法 教学难点 寻址方式中的循环寻址 指令系统中的特殊运算指令和并行操作指令 基本要求 掌握TMS320C54x的指令系统的7种寻址方式 掌握常用指令的功能和用法 正确理解各种助记符的含义 本章内容是编程的基础 应着重分析各种寻址方式的区别以及熟悉常用汇编指令的功能及用法 其复习可在充分理解本章课件的基础上复习课后作业进行 测试题示例如下 例 下面哪条指令是端口寻址指令 c A LD 0 A B MVKDEXAM1 AR5 C PORTRFIFO AR5 D READA60H例2 请解释下列指令的功能并比较异同 1 LD 60H AA 60 2 LD60H AA 60 3 LD 60H A 例3 指令解释 1 READASmem Smem A 寻址的存储器的值读到数据单元中 2 WRITASmem A Smem把数据单元中的值写到A寻址的存储器中 例4 程序中给出如下两条指令 请问实际寻址的数据存储器的16位地址是多少 LD 5 DP DP 5LD60H A A 60H例5 已知单操作数间接寻址指令LD AR5 B 请问ARF 例6 下面哪个间接寻址单操作数表示循环寻址 A AR2 0B B AR2 0 C AR2 5 D AR2 5 例7 下面哪条指令汇编时不会报错 A MAC AR1 AR2 A B MAC AR2 AR3 B C MAC AR0 AR1 A D MAC AR5 AR6 B 例8 试分析下述指令执行后相应寄存器 状态位及数据存储器单元数据的变化 1 BIT AR5 3 0100 3 BACCDBANDM4444H AR1 DSP原理及应用 总复习 第4章汇编语言程序的开发工具大纲要求 基本内容 TMS320C54x软件开发过程 汇编语言程序的编辑 汇编和链接过程 COFF的一般概念 源程序的汇编 链接器的使用 教学重点 常用汇编伪指令的功能和含义 链接命令文件的编写方法和链接器命令的功能和含义 教学难点 汇编语言程序的编辑 汇编和链接过程 汇编器 链接器对段的处理 链接器对程序的重新定位等 基本要求 理解TMS320C54x软件开发过程 理解汇编语言程序的编辑 汇编和链接过程 正确理解COFF的一般概念 掌握常用汇编伪指令的功能和含义 掌握链接命令文件的编写方法和链接器命令的功能和含义 本章内容对于正确理解汇编语言程序的伪指令和链接命令文件的MEMORY和SECTIONS伪指令具有重要作用 复习本章不要死记硬背 应结合第5 6章的例程及实验程序的阅读和分析 通过正确理解记忆各知识要点 例 下面哪条伪指令是未初始化段 A bss B text C data D sect例2 下面哪条伪指令是命名段 A bss B text C data D sect DSP原理及应用 总复习 第5章汇编语言程序设计大纲要求 基本内容 汇编语言源程序的格式 常数与字符串 符号和表达式 堆栈的使用方法 控制程序 算术运算程序 重复操作程序 数据块传送程序 小数运算程序 浮点运算程序 教学重点 汇编语言源程序的格式 堆栈的使用方法 控制程序的编程方法 算术运算程序 重复操作程序 数据块传送程序的编程方法 教学难点 小数运算程序和浮点运算程序的编程方法 基本要求 掌握汇编语言源程序的格式 正确理解汇编语言中的常数 符号及表达式 掌握堆栈的使用方法 掌握控制程序的编程方法 掌握算术运算程序 重复操作程序 数据块传送程序的编程方法 正确理解小数运算程序和浮点运算程序的编程方法 本章内容是本课程的重要章节 是设计应用软件的基础 教材和实验指导书所示例程应完全读懂并能自主完成课后习题 例 C5402的有符号数所能表示的最大正数是多少 32767 07FFFH 最大负数是多少 1 0FFFFH 最小负数是多少 32768 8000H 分别用10进制数和16进制数表示 例2 分别用16进制和分数表示C54xDSP所能表示的最小有符号正小数0001H 1 2的15次方 例3 试用双操作数乘加指令编写y ax b的程序 假设a x b均为小数 只写关键指令即可 DSP原理及应用 总复习 第6章应用程序设计大纲要求 基本内容 FIR滤波器的DSP实现 IIR滤波器的DSP实现 快速傅里叶变换 FFT 的DSP实现 正弦波信号发生器 教学重点 FIR滤波器的DSP实现 IIR滤波器的DSP实现 教学难点 快速傅里叶变换 FFT 的DSP实现基本要求 掌握数字滤波器 FIR和IIR 的DSP实现 正确理解快速傅里叶变换 FFT 的DSP实现 掌握正弦波信号发生器的实现 本章内容重点掌握FIR和IIR滤波器的DSP实现原理 能够读懂实验指导书FIR滤波器和IIR滤波器的实验例程 能够利用线性缓冲区法和循环缓冲区法编写算法实现的关键指令段 例 教材P179 P180页程序分析及比较 例2 教材P197 P199页程序分析及比较 DSP原理及应用 总复习 第7章片内外设 接口及应用大纲要求 基本内容 C54x的主机接口 C54x的定时器 C54x的串行口 C54x的中断系统 教学重点 C54x的定时器的应用及编程 C54x的中断系统及编程应用 教学难点 主机接口的基本原理和应用 多路缓冲串口的原理及编程应用 基本要求 理解C54x的主机接口的基本原理 掌握C54x的定时器的应用及编程 掌握C54x的中断系统及编程应用 第8章硬件设计大纲要求 基本内容 硬件设计概述 DSP系统的基本设计 DSP的电平转换电路设计 DSP存储器和I O的扩展 DSP与A D和D A转换器的接口 DSP的硬件设计实例 教学重点 DSP系统的硬件基本设计 存储器和I O扩展的电路连接方法 模数转换接品电路的设计 基本要求 掌握时钟电路的设计及PLL设置方式 存储器和I O扩展的电路连接及端口地址的确定 正确理解DSP系统的硬件设计实例的硬件 软件设计过程 本两章内容重点掌握定时器 中断系统 时钟电路设计及PLL配置方式以及I O端口地址的确定 能够利用PORTR和PORTW指令对I O端口进行读写操作 详见测试题和第8章课件 测试题 1 C54x片内定时器是一个软件可编程定时器 它主要由 TM PRD 和 TCR 组成 TIM是一个16位 减1 计数器 PRD是一个16位的时间常数寄存器 2 通过编程可以控制定时器产生定时中断 定时中断的周期为 3 要实现8ms的方波发生器 请编写定时器初始化的关键指令 假设主频为100MHz 4 C54x中 中断向量地址是由PMST中的 IPTR 作为高9位和 中断向量序号 作为低7位所组成 5 上电后 且时钟电路已正常工作 在复位引脚输入端加上至少 2 个机器周期的低电平 C54x便可完成复位操作 复位后 变成高电平 将PC置成 FF80H 处理器从此处取指 并开始执行程序 复位后PMST中的中断向量指针IPTR置成 1FFH ST1中的中断方式位INTM置成 1 关闭所有的可屏蔽中断 中断标志寄存器IFR清0 对SP指针没有初始化 6 复位后 PMST中的MP 位记载 MP MC 引脚的状态 如果MP 引脚为0 处理器便从片内ROM地址 FF80H 处取指并开始执行程序 如果MP 1 处理器则从片外程序存贮器地址 FF80H 处取指开始执行程序 7 C54x支持硬件中断 也支持软件中断 硬件中断包括由 外部中断口信号 触发的外部硬件中断和由 片内外围电路信号 触发的内部硬件中断 软件中断是由指令INTR TRAP或 RESET 要求的中断 8 C54X的可屏蔽中断有 外部引脚 输入的中断 片内外围电路引起的中断 如 定时器 串行口 并行口HPI 等引起的中断 9 C54X的非屏蔽中断包括所有的 软件中断 以及两个外部硬件中断 复位中断 和 硬件不可屏蔽中断NMI 10 两个外部硬件中断中 复位中断 对C54x所有操作方式都产生影响 而硬件不可屏蔽中断NMI对C54x的任何操作都不会产生影响 C54x响应NMI中断时 所有其它中断被禁止 11 当一个中断出现的时候 IFR中的相应中断标志位置1 通过 复位 置位1写入相应的IFR标志位