DSP芯片原理与应用.pptx

DSP芯片原理与应用 钱慧2012 2013学年第二学期 Part1前言 1关于本课程 课时较短 32学时课堂讲解基本原理和使用方法课后自学相关内容的细节问题课堂主要内容 TMS320DM642硬件原理 结构与外设软件编程 软件开发与代码优化系统设计 最小系统设计 2课堂要求与学习目标 课堂要求了解高速DSP的发展趋势理解高速DSP的结构 外设和编程掌握高速DSP系统设计方法学习目标能够根据需要进行DSP选型能够设计高速数字信号处理系统能够编写高效率的DSP程序 3预备知识 本科电子类课程 C语言基本的编程能力和软件概念微机原理 x86 计算机结构的基本概念 指令 寄存器 总线 中断等 数字信号处理知道自己要做的滤波器 FFT等模拟和数字电路对DSP的I O系统建立概念对板级系统建立概念时钟 复位 RAM等计算机操作 5课程用到的参考数目 DM642芯片学习的书籍 TMS320DM642DSP原理与应用实践 电子工业出版社 TMS320DM642应用系统设计与开发 人民邮电出版社C6000原理介绍的书籍 TMS320C6000系统DSP原理与应用 电子工业出版社 TMS320C6000DSP应用开发教程 电子工业出版社 Part2概述 DSP的特点 DSP的芯片分类 Addyourtextinhere Addyourtextinhere 概述 DSP的发展历程 主要内容 DSP的产生 DSP产生的根源是基于软件的信号处理实现 我们需要这样的处理器 可以嵌入式运行 无界面 小体积 低功耗外围电路简单 以便迅速开发各种专用系统高速运算能力针对典型信号处理算法运行时间可以预测与运算能力匹配的高速IO 计算机重在计算 处理机重在 流动 不需要高级软件功能为了适应上述需要 DSP采用了一些特俗的结构 使DSP从通用处理器中分离出来 成为一类独立的微处理器 1987年 TI推出第一代DSP芯片 TMS320C10 5MIPS MillionInstructionsPerSecond 4KRAM3微米工艺55000个晶体管汇编语言 电子信息时代的历史变迁 20世纪60年代 21世纪 21世纪初 10亿美元 10 000亿美元 1 000亿美元 100亿美元 整体半导体市场 大型机晶体管 小型计算机TTL 逻辑 个人电脑微处理器 通信与娱乐DSP 模拟 20世纪70年代 20世纪80年代 20世纪90年代 推出单芯片数字信号处理器 推出Speak Spell器件 发明首款手持计算器 首款商用晶体管与首款商用晶体管收音机 演示了数字投影显示系统 DLP技术于1998年获得了艾美奖 于2004年宣布推出首款单芯片手机 20世纪50年代 20世纪60年代 20世纪70年代 20世纪80年代 20世纪90年代 21世纪 21世纪初 JackKilby发明集成电路并获2000年诺贝尔物理奖 推出了达芬奇技术 数字化应用 从 音乐播放 到 数字化应用 从 到 70万台 年 40万台 年 录像机 实时信号处理 DSP芯片的特点 对DSP内核的传统认识 MAC 乘加 指令 一周期内完成多总线结构 哈佛结构 快速寻址 专用寻址寄存器 零耗循环 硬件循环控制器 片内集成存储器和I O运行时间可预测 算术单元 硬件乘法器通用微处理器内通过微程序实现的乘法操作往往需要100多个时钟周期 非常费时 因此在DSP内部设有专门的硬件乘法器 多功能单元为进一步提高速度 可以在CPU内设置多个并行操作的功能单元 ALU 乘法器和地址产生器 如C6000的CPU内部有8个功能单元 包括2个乘法器和6个ALU 针对MAC乘加运算 多数DSP的乘法和加法都支持在1个时钟周期内同时完成一次乘法和加法操作 多总线结构 冯诺依曼哈佛结构 冯 诺依曼体系结构 程序计数器 PC CPU 存储器 程序 指令 数据 地址 数据 哈佛结构 程序计数器 PC CPU 数据存储器 存储器 地址 数据 地址 数据 专用寻址单元 DSP面向的是数据密集型应用 伴随着频繁的数据访问 数据地址的计算时间也线性增长 DSP用专门的地址产生器 用于支持地址运算 地址计算不需要额外占用CPU时间 DSP的地址产生器一般都支持间接寻址 而且有些DSP还能支持位反寻址 不断引入的技术 越来越长的流水线CatchVLIW 超长指令结构 SIMD 单指令多重数据 MIMD 多指令数据流 流水处理 一条指令分成几个子操作可并行处理多条指令流水线深度 2 6级 片内存储器 现代微处理器内部一般都集成有高速缓存 但是片内一般不设有存储程序的ROM和存储数据的RAM 这是因为通用微处理器的程序一般都很大 片内存储器不会给处理器性能带来明显改善 DSP算法的特点就是需要大量的简单运算 相应地其程序也比较短小 存放在DSP片内可以减少指令的传输时间 DSP性能指标 MIPS 百万条指令 秒 MillionInstructionPerSecond 按公式S J Ti 10 6 计算 其中Ti为指令周期 单位ns J为每周期并行指令数MOPS 百万次操作 秒 MillionOperationPerSecond MFLOPS 百万次浮点操作 秒 MillionFloatOperationPerSecond MBPS 百万位 秒 MillionBitPerSecond MBPS用于衡量DSPs的数据传输能力 德州仪器 TI 的三大DSP系列 OpticalNetworkingControloflaserdiode TVscreenDeflectionofelectronbeamforsmallangleandsharpcornerTVscreen Automotive EPS electricpowersteeringsystem Batteryoperatedprecisionforsteering PrinterPrintheadcontrolPaperpathmotorcontrol DigitalPowerSupplyProvidescontrol sensing PFC andotherfunctions Segway ManynewcoolApplicationtocome TirePressureLowcostpressuresensingbasedontirerotationspeedmeasurement C2000系列DSP C2000系列DSP F2812 11 10内部结构 从片内RAM和Flash存储器上快速执行程序100 120MIPS 采用Flash加速技术 150MIPS 关键的代码在片上RAM中执行 存储器子系统 事件管理器超高速12 位ADC12 5MSPS采样率双采样 保持器 可以同时采样自动通道排序器 无需CPU干预最多1次转换16通道 控制口 多个标准通信口 简化与其他器件的接口 CommunicationsPorts 150MIPS 每秒执行1 5亿条指令 单周期完成一条32x32 位MAC 或2条16x16 位MAC 极快的中断响应单周期完成读 修改 写操作与F24x LF240 x源代码兼容 高性能CPU C28xTM内核 C5000系列DSP的应用 Internalandexternaltransfers SixchannelDMA 32KWDARAM16KWROM On ChipMemory 176TQFP24x24mm176 BGA15x15mm Package MaximumGPIOtomeetsystemneeds 100MBps 50MBps Nosoftwareoverhead HardwareUART Gluelessinterface I2CInterface Allowsinexpensivememoryoffchip 16KByteI Cache 3Multi channelBufferedSerialPorts 128Channels100Mbpseach LowcostSDRAM SBRAM AsynRAMsupport400MBpsbandwidth 32 bitExternalMemoryInterface EMIF C55xTMDSPCore I Cache AdvancedPowerMgmt InstructionBufferUnit IdleDomainRegister BarrelShifter 40 bitALU AdvancedEmulation TMS320C5502 200MHz DualMac Accumulators Registers AddressUnits Peripherals ClockGenerator GPIO 6channelDMA 3McBSPs EnhancedHPI H WUART PeripheralsBus I2CInterface 2Timers 16 bitALU Watchdog DataRead 3 16bit DataWrite 2 16bit 76GPIO 8Dedicated 16 bit 8 bitEnhancedHostPortInterface C5000系列DSP C5502内部结构 极好的性能 价格比400MIPS 500MBpsI O 90mW 9 95in10Ku 医疗成像 C6000系列DSP 应用领域 TIC6000系列DSP TMS320DM642 数字媒体应用 内部结构 C64xTM32 位定点DSP4800MIPS 600MHz 16KBL1P 16KBL1D 256KBL2 C64xTMDSPCore 数据通路1 数据通路2 M2 D2 S2 L2 寄存器堆A 寄存器堆B 指令译码 指令调度 取指 控制寄存器 中断控制 在线仿真 S1 L1 M1 D1 TMS320DM642DSP JTAGRTDX PLL 节电逻辑 L1D 数据Cache2维组关联型Cache 16K字节 L1P 程序Cache直接映射型Cache 16K字节 L2Cache 存储器256K字节SRAM 增强型DMA控制器64通道EDMA EMIFA64 GPIO16 IIC 什么是DaVinci DAVINCI技术是TI推出的新一代视频 图像 语音和音频解决方案的统称硬件上 采用SOC技术 集成TI的高性能DSP64X 内核和高端的ARM内核ARM 提供丰富的外设接口DSP 数字信号处理 视频 图像 语音和音频 能力软件上 提供了很多优化的多媒体编解码引擎 基于DSP BIOS和XDAIS API和应用程序框架 基于LINUX 便捷的集成开发环境TI的Davinci处理器 TMS320DM64x DM643x DM644x DM646x DM3xx DaVinci技术面临的主要挑战和创新 数字视频面临的挑战 智能视频系统行业市场预计到2011年将超过90亿美元 大幅度增长主要归功于市场对安全需要不断上升 以及技术创新的不断发展 特别是数字化 全面网络化的视频系统出现 2006年 全球我难过了视频监控产品增长迅猛 增幅达41 9 预计到2010年市值超过26亿美元 视频监控与食品服务器市场