彭启琮-DSP技术2-DSP的硬件结构

1、第二章DSP的硬件结构DSP的硬件结构 DSP的硬件结构，大体上与通用的微处理器相类似，由CPU、存储器、总线、外设、接口、时钟等部分组成，但又有其鲜明的特点。Von Neuman结构与Harvard结构Harvard结构 程序与数据存储空间分开，各有独立的地址总线和数据总线，取指和读数可以同时进行，从而提高速度，目前的水平已达到90亿次浮点运算/秒（9000MFLOPS） MIPS-Million Instruction Per Second MFLOPS-Million Floating Operation Per Second流水操作（pipeline）独立的硬件乘法器 在卷积、数字滤波

2、、FFT、相关、矩阵运算等算法中，都有 A（k）B（nk）一类的运算，大量重复乘法和累加通用计算机的乘法用软件实现，用若干个机器周期。DSP有硬件乘法器，用MAC指令（取数、乘法、累加）在单周期内完成。独立的DMA总线和控制器 有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并行工作，在不影响CPU工作的条件下，DMA速度目前已达800Mbyte/sCPU通用微处理器的CPU由ALU和CU组成，其算术运算和逻辑运算通过软件来实现，如加法需要10个机器周期，乘法是一系列的移位和加法，需要数十个机器周期。DSP的CPU设置硬件乘法器，可以在单周期内完成乘法和累加TMS320C2xx的CPU（

3、部分）硬件乘法器CALU（中心算术逻辑单元）移位通用微处理器的移位，每调用一次移位指令移动1-bitDSP可以在一个机器周期内左移或右移多个bit，可以用来对数字定标，使之放大或缩小，以保证精度和防止溢出；还可以用来作定点数和浮点数之间的转换溢出通用CPU中，溢出发生后，设置溢出标志，不带符号位时回绕，带符号位时反相，带来很大的误差DSP把移位输出的最高位（MSB）存放在一个位检测状态寄存器中，检测到MSB=1时，就通知下一次会发生溢出，可以采取措施防止数据地址发生器（DAG）在通用CPU中，数据地址的产生和数据的处理都由ALU来完成在DSP中，设置了专门的数据地址发生器（实际上是专门的ALU

4、），来产生所需要的数据地址，节省公共ALU的时间 TMS320C2xx的片内存储器及总线外设（peripherals）时钟发生器（振荡器与PLL）定时器（Timer）软件可编程等待状态发生器通用I/O同步串口（SSP）与异步串口（ASP）JTAG扫描逻辑电路（IEEE 1149.1标准) 便于对DSP作片上的在线仿真和多DSP条件下的调试ALUArithmetic Logic Unit (ALU)16-bit immediate value16-bit word from data memory16-bit value in the temporary register, TTwo 16-bi

5、t words from data memory32-bit word from data memory40-bit word from either accumulatorMultiplier/AdderCompare, Select, and Store Unit (CSSU)ADSP2100MOTOROLA DSP56002Lucent DSP1628Lucent DSP1600 core特点在数字蜂房电话等应用中，其位操作单元支持很高的编码效率，纠错协处理器支持信道均衡与编码。片内可编程锁相环（ PLL）时钟合成器。2.7 V 电压工作，19.2 ns 及 12.5 ns 指令周期。片

6、内6 KW双口 RAM，48 KWROM定点DSP与浮点DSP浮点格式用指数形式表示，其动态范围比用小数形式表示的定点格式要大得多，定点DSP中经常要考虑的溢出问题，在浮点DSP中基本上可以不考虑为了保证底数的精度，浮点DSP基本上作成32-bit的，其总线、寄存器、存储器等的宽度也相应是32-bit的浮点DSP的速度更快，尤其是作浮点运算浮点DSP的价格高，开发难度也更大多处理器接口 TMS320C40有6个8-bit的接口，使多个处理器可以很方便的并行或串行工作，ADI公司的ADSP21160也有类似的接口 ADSP-21160 的通信口TMS320C30 60ns单周期指令执行时间 33

7、.3MFLOPS 16.7MIPS片内4Kx32bit 单周期内可访问两次的ROM 两个1Kx32bit 单周期内可访问两次的RAM 64x32bit指令CacheTMS320C30 指令及数据字长32bit,地址宽度24bit (16M寻址空间) 40/32bit 浮点/整数乘法器及ALU 8个以40bit扩展精度寄存器为基础的Acc 32bit桶形移位器 2个地址发生器,8个辅助寄存器和 2个辅助寄存器计算单元 片内DMA控制器,使I/O与CPU并行工作TMS320C30 单周期内并行的ALU及乘法指令零开销循环,单周期分支 两个外部接口 两个串口支持8/16/32bit数据传输 两个32

8、bit定时器 封装: 181脚PGA 工艺: 1m CMOSLucent DSP32C100MHz, 10ns 指令周期峰值 600MFLOPS ，连续 400 MFLOPS4 Mbit 片内双口 SRAM ，由核处理器、主机或DMA独立访问DMA 控制器支持:14 个零开销 DMA 通道，64 bit 后台 DMA 传输, 与全速运行的处理器并行特点特点700Mbytes/s IO速率4GW 片外寻址能力6个连接口，作多处理器应用2个50Mb/s串口支持独立的发送与接收，并支持T1与E1接口TMS320C6701TMS320C6x CPUL Unit (Logic)32/40-bit fix

9、ed point arithmetic and compare operations32/64-bit floating point arithmetic and compare operations(IEEE single and double precision)32-bit fixed point logical operationsFixed/floating point conversions64 to 32-bit floating point conversionsTMS320C6x CPUS Unit (Shifting)32-bit fixed point arithmeti

10、c operations32/40-bit shifts and 32-bit bit-fieldoperationsBranching and constant generation32/64-bit floating point reciprocal, absolute value, compares, and 1/sqrt operations32 to 64-bit floating point conversionsTMS320C6x CPUM Unit (Multiply)16 x 16-bit fixed point multiplies24 x 24-bit fixed point multiplies32 x 32-bit fixed point multiplies32 x 32-bit single precision floating point multiplies64 x 64-bit double precision floating point multipliesTMS320C6x CPUD Unit (Data address operation)32-bit