第1章数字信号处理和DSP系统-07

1、TMS320C55x DSP原理及应用12021年11月20日20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2 220212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3 3 1.1 数字信号处理及应用概述数字信号处理及应用概述1.2 实时数字信号处理技术的实现方法实时数字信号处理技术的实现方法 1.3 数字信号处理器的特点数字信号处理器的特点 1.4 德州仪器公司的德州仪器公司的DSP产品产品1.5 DSP芯片的选择芯片的选择 1.6 定点运算及定点定点

2、运算及定点DSP20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4 4 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用5 5 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用6 6 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用7 7 x(t)抗混叠抗混叠滤波器滤波器A/D转换器转换器x(n)y(n)y(t

3、)数字信号数字信号处理器处理器D/A转换器转换器低通低通滤波器滤波器 典型实时数字信号处理系统框图典型实时数字信号处理系统框图 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用8 8 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用9 9 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1010 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C

4、55x DSP原理及应用原理及应用1111 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1212 利用X86系统进行实时数字信号处理有下列优点： 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1313X86进行实时信号处理的缺点 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1414通用微处理器的种类多，包括51系列及其扩展系列，德州仪器公司的MSP430系列，ARM公司的

5、ARM7、ARM9、ARM11、ARM Cortex-M0,-M3,-A8,-A9系列，等等，利用通用微处理器进行信号处理的优点如下。 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1515利用通用微处理器进行信号处理的缺点如下。 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1616 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1717 随着微电子技术的快速发展，FPGA

6、的制作工艺已经进入到45nm时期，这意味在一片集成电路当中可以集成更多的晶体管，芯片运行更快，功耗更低。其主要优点如下。 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1818使用FPGA的缺点如下。 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用1919数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）是一种专门为实时、快速实现各种数字信号处理算法而设计的具有特殊结构的微处理器。20世纪80年代初，世界上第一片可编程DSP

7、芯片的诞生为数字信号处理理论的实际应用开辟了道路；随着低成本数字信号处理器的不断推出，更加促进了这一进程。90年代以后，DSP芯片的发展突飞猛进。其功能日益强大，性能价格比不断上升，开发手段不断改进，使DSP芯片迅速成为众多电子产品的核心器件，DSP系统也被广泛地应用于当今技术革命的各个领域通信电子、信号处理、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器、电力电子，而且新的应用领域还在不断地被发现、拓展。 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2020优点：大规模集成性、优点：大规模集成性、 稳定性好稳定性好

8、精度高精度高可编程性可编程性高速性能高速性能可嵌入性可嵌入性接口和集成方便接口和集成方便缺点：成本较通用处理器高，但低于缺点：成本较通用处理器高，但低于FPGA。 DSP技术更新速度快，不如技术更新速度快，不如PC机方式编程和修改方便。机方式编程和修改方便。 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2121 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2222 采用上述两种以上形式，集各形式之长，也是一种发展趋势，比如： PC机+信号处理板

9、，PCI接口的DSP板、FPGA板、显卡； ARM处理器+DSP处理器：如德州仪器的OMAP处理器。 集成处理器的FPGA：如Xilinx的FPGA中集成ARM-A9，Altera的FPGA中将整合Intel的处理器。 ARM处理器+专用硬件加速器：如嵌入H.264、MPEG4等硬件视频处理模块，嵌入基带处理模块。 更适用于某专业的DSP处理器：相当于DSP+ASIC，如专为无线基站推出的DSP处理器，视频处理DSP等。 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2323 设计者要根据系统的嵌入式、便携性、功耗、速度

10、、成本、批量、可靠性、使用环境、开发周期等情况选择实现方式。20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2424 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2525 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2626外部管理数据总线外部管理数据总线外部管理地址总线外部管理地址总线数据总线数据总线数据地址总线数据地址总线程序数据总线程序数据总线程序地址总线程序地址总线

11、并行接口并行接口 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2727 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2828 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用2929 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3030 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55

12、x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3131 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3232 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3333 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3434 在选择在选择DSP处理器时，要根据目标系统不同要求，综合考虑处理器时，要根据目标系统不同要求，综合考虑性能、成本、集成度、开发的难易程度及功耗

13、等因素。性能、成本、集成度、开发的难易程度及功耗等因素。 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3535 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3636 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3737 。 。20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3838 20212021

14、年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用3939 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4040 。 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4141 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4242 这些指标都有很大的局限性。比如，指令周期和MIPS指标并不能公正地区别不同DSP速度性能上的

15、差异，因为不同的DSP在单个指令周期内完成的任务量是不一样。例如，采用超长指令字（VLIW）架构的DSP可以在单个周期时间内完成多条指令。虽然MAC时间采用一个基本操作的执行时间作为标准来比较DSP的速度性能，但是MAC时间显然不能提供足够的信息。而且大多数DSP在单个指令周期内即可完成MAC，所以其MAC时间和指令周期是一样的。至于MOPS、BOPS和MFLOPS指标，会因为厂商对“操作”内涵诠释的不同而很难体现客观公允的评价要求。FFT执行时间虽然相对于其他指标要好一些，但要DSP在具体实时应用中对表现出的处理速度做出准确估计仍然是很困难的。 目前，比较可靠的办法是利用某些典型的数字信号处

16、理标准例程，这些例程可能是FIR或IIR滤波等“核心”算法，也可能是语音编解码等整个或部分应用程序。 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4343 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4444 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4545 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应

17、用原理及应用4646 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4747 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4848 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用4949 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用5050 20212021年年1111月月2020日日TMS320C

18、55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用5151 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用5252 20212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用5353 -32768，32767(8000h，7FFFh)-1(FFFFh)，0+ +- - -128，127 (80h，7Fh) -1(FFh)，0+ +- -Qqxx2intQqxfloatx2 yxzQqQqQqyxz222xyxxQQQqQqyx222)(xyxQQQqqyx22)()()(22xzyxQQQQqqqyxzzQqz2=)(2yxQQqqyxqz =)(2)(yxzQQQqqyxzQqz2yxQqQqyx22qQQQqqyxzyxz)(220212021年年1111月月2020日日TMS320C55x DSPTMS320C55x DSP原理及应用原理及应用6666定点运算例题n某设备要控制输出电流某设备要控制输出电流i1尽量接近尽量接近i0，i0是是8A的变量。用电流传感器的变量。用电流传感器测