DSP应用课件第3讲课件

1第2章DSP系统设计概述2哈佛结构和改进的哈佛结构多总线结构流水线技术多处理单元特殊的DSP指令指令周期短运算精度高

硬件配置强复习DSP芯片的特点DSP嵌入式应用信息家电智能玩具军事电子通信设备移动存贮工控设备智能仪表汽车电子网络设备消费电子军事国防网络工业控制DSP芯片的应用复习42.1DSP系统的基本构成2.2DSP系统的设计开发过程2.3主要DSP处理器2.4DSP系统的开发工具 2.5典型的DSP应用系统2.6DSP最小系统2.7本章小结目录5内容简介本章从DSP系统设计的基础知识入手，介绍DSP系统的基本构成、DSP系统的设计开发过程、DSP应用系统的开发工具，并给出了典型的DSP应用系统示例。第2章DSP系统设计概述从系统的角度回答了“为什么采用DSP处理器”、“如何应用DSP处理器进行开发和设计的工作”等一系列基本问题。使读者在学习具体内容前，对DSP应用技术先有一个全面、概括的认识。62.1DSP系统的基本构成在进行DSP系统设计前，需要了解DSP系统的基本构成。典型的DSP系统基本结构框图如图2-1所示。同一般的微处理器应用系统类似，DSP应用系统除了DSP处理器之外，还必须有能够与其他系统和器件连接的接口。第2章DSP系统设计概述图2-1典型的DSP系统基本结构框图72.1DSP系统的基本构成第2章DSP系统设计概述一般情况下，DSP系统先将输入信号进行带限滤波和采样，然后经A/D转换器将信号转换成数字信号。根据奈奎斯特采样定理，对低通模拟信号，为保证信息不丢失，采样频率必须至少是输入带限信号最高频率的两倍。82.1DSP系统的基本构成第2章DSP系统设计概述DSP处理器的输入是A/D转换后得到的时间离散的数字信号，根据系统要求，DSP处理器对输入的数字信号按照特定的算法进行处理，这是DSP系统的关键。最后，经过处理后的数字信号再经D/A转换器转换为模拟信号，之后再进行平滑滤波就可得到连续的模拟信号。92.1DSP系统的基本构成除了处理从外部信号源输入的信号外，DSP还需要处理从主机或用户控制接口输入的事件。主机接口是一个并行接口，可以用来与一个主处理器或一个主器件进行连接，完成DSP处理器和主机之间的信号交换。用户控制接口完成DSP处理器与用户需求之间的交换。DSP处理器还提供了多种形式的串行通信接口，这些通信接口能够方便地与一些串行设备进行通信。第2章DSP系统设计概述10第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程DSP系统的设计开发过程可以分为系统需求分析、算法模拟、DSP处理器选型、软硬件设计、系统集成和测试5个阶段。软硬件设计包括软件设计和硬件设计。硬件设计又称为目标板设计，该设计需要在全面考虑应用的需求分析、成本、体积、功耗核算等方面的基础上完成。软件设计主要是指用DSP的汇编语言或者通用的高级语言(如C语言)编写实现具体数字信号处理功能的程序。这两部分的设计并非完全独立，而是需要协调综合考虑。11第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程1．系统设计开发应具备的条件2.2.1DSP系统设计开发前的准备工作(1)设计者知识储备计者应当具备必需的数字信号处理知识，了解各种常用的数字信号处理算法，并能够对信号处理算法的结果进行评估和比较。设计者一方面要从整体上了解各个厂商各个系列的DSP处理器的特点，另一方面还要及时跟踪和掌握DSP发展的新技术。设计者对于外围电路芯片也应深入了解。对于高速的数字、模拟电路设计，设计者应具备相应的知识和经验。在设计中，应采取一定的抗干扰措施。12第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程1．系统设计开发应具备的条件2.2.1DSP系统设计开发前的准备工作(2)软件环境和硬件设备支持DSP系统设计开发的软件环境应该包括针对特定DSP处理器的编译器、汇编器、链接器、软件模拟器、在线仿真软件、固化代码生成程序、库管理程序等可执行文件，还应包括基本的算法或函数库、C语言库、C头文件等。硬件设备包括DSP仿真器、示波器和逻辑分析仪。其中，最主要的就是DSP仿真器，各DSP厂家为不同的DSP准备了不同的仿真器。13第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程2．初学者如何着手DSP系统开发2.2.1DSP系统设计开发前的准备工作当初学者确定用DSP处理器进行系统设计时，需要准备的最基本的设备包括一台装有Windows操作系统的PC机、一套DSP开发板、一个硬件仿真器以及基本的软件开发工具。DSP系统设计中，初学者有了这些最基本设备的支持，硬件上借助DSP厂商提供的DSP开发板，软件上借助DSP厂商提供的基本软件开发工具，只需编写一些简单的应用程序即可完成DSP系统的设计。14第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程2.2.2

DSP系统的设计开发流程DSP系统的设计开发过程可以用图2-2所示的流程图来表示，该流程图将设计过程大致分为如下几个阶段：图2-2DSP系统设计开发流程图15第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程1．定义系统性能指标2.2.2

DSP系统的设计开发流程在进行DSP系统设计之前，首先要根据DSP系统的需求，明确设计任务，定义系统的技术性能指标。技术性能指标，包括系统的采样频率和实时处理性能、存储器容量、系统的精度、应用环境、体积、重量、功耗、可靠性、可维护性以及成本等要求，它们通常可用数据流程图、数学运算序列、正式的符号或自然语言来描述。16第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程2．确定算法并进行算法模拟2.2.2

DSP系统的设计开发流程一般来说，为了实现系统的最终目标，需要对输入的信号进行适当的处理，而不同的处理方法会导致不同的系统性能，因此要得到最佳的DSP系统性能必须先确定最佳的处理方法。确定算法并进行算法模拟阶段成为DSP实际系统设计中重要的一步，决定了系统性能指标能否实现，系统以何种算法和结构应对需求。实现过程：首先应对一个实时数字信号处理的任务选择一种方案和多种算法，用算法仿真开发工具(如Matlab)进行算法模拟来验证算法能否满足系统的性能指标，然后从多种信号处理算法中找出最佳算法。17第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程3．设计DSP应用系统（软硬件设计）2.2.2

DSP系统的设计开发流程系统设计分硬件设计和软件设计两个方面同时进行。硬件设计部分需要确定系统的硬件实现方案、完成器件的选型、完成原理图设计（包括外围电路以及电源电路等）和印刷电路板布线等，最后进行焊接调试。软件设计部分主要是根据系统的要求和所选的DSP处理器编写相应的DSP程序并进行调试，这些程序可以采用汇编语言、高级语言（如C语言）、或采用两种语言（高级语言和汇编语言）混合编程方法。18第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程3．设计DSP应用系统(软硬件设计)

2.2.2

DSP系统的设计开发流程(1)硬件设计硬件设计涉及较多的电路设计技术。由DSP构成的电路一般包括以下类型的器件：EPROM/F1ash、RAM、A/D、D/A、同步/异步串口、电源模块、电平转换器、FPGA、接口电路、仿真器接口、时钟等。典型的DSP系统硬件设计流程图如图2-3所示图2-3DSP硬件设计流程19第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程3．设计DSP应用系统(软硬件设计)2.2.2

DSP系统的设计开发流程(1)硬件设计硬件设计的过程可分为以下5个阶段：确定硬件实现方案器件的选择原理图设计PCB板设计硬件调试20第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程3．设计DSP应用系统（软硬件设计）2.2.2

DSP系统的设计开发流程(2)软件设计DSP系统软件设计的过程可分4个阶段：使用汇编语言、C语言或者两种编程语言混合编写程序，并把它们分别转换成DSP的汇编语言，然后用汇编语言汇编器生成目标文件。将目标文件用链接器进行链接，得到可执行文件。对可执行文件进行软件调试。检查运行结果是否正确。如果正确，进入下一步；如果不正确，则返回第一步。软件调试借助DSP开发工具，如软件模拟器(Simulator)、DSP开发系统或硬件仿真器等。进行代码转换，将代码写入EPROM，并脱离仿真器运行程序，检查结果是否正确。21第2章DSP系统设计概述2.2DSP系统的设计开发过程4．系统集成和测试2.2.2

DSP系统的设计开发流程软硬件设计、调试完成之后，进行系统集成。所谓系统集成是利用DSP厂家提供的软件将软件程序生出固定的格式，写入到DSP板上的EPROM或者Flash存储器中，代码固化后，DSP系统就可以脱离仿真器独立运行了。DSP系统在可以独立运行之后，还应该继续进行一系列的系统性能测试，评估系统的性能指标是否达到设计要求。在系统测试的过程中，要反复检查系统的实时性、精度和稳定性，如果达不到设计要求，就需要通过修改软件(甚至调整硬件)予以解决。22第2章DSP系统设计概述2.3主要DSP处理器1.TMS320C2000系列TMS320C2000系列DSP又称为数字信号控制器(DigitalSignalController,DSC)，它为数字控制系统提供了DSP性能与MCU外设集成度的优化组合。TMS320C2000系列作为一种低价格、高性能的DSP处理器，适用于控制领域，如工业自动化、汽车电子、电机控制、家用电器和消费电子等领域。该系列DSP目前主要由TMS320C24x和TMS320C28x组成，所有TMS320C2000平台控制器均实现了全面的软件兼容性。UpTo40MIPSControlPerformanceHigh-PrecisionControlC242F241LC2404ALF2401ALC2402AMulti-Function,Appliance&ConsumerControlF240F243LC2406ALF2402ALF2403ALF2406ALF2407AF2810128-LQFPF2812176-LQFPF2812179-u*BGA150MIPS!SoftwareCompatibleHigh-endDerivativesApplicationspecificversionsScaledDownversionsC2000DSP发展历程MemoryBus128KwFlash+2KwOTP4KwBootROM18KwRAMCodesecurityXINTF32-BitRegisterFileReal-TimeJTAG32-bit

Timers(3)150MIPsC28xTM32-bitDSP32x32bit

MultiplierRMWAtomicALUInterruptManagementEventMgrAEventMgrB12-BitADCWatchdogGPIOPeripheralBusMcBSPCAN2.0BSCI-ASCI-BSPIEventManagersUltra-Fast12-bitADC16.7MSPSConversionSpeedDuals/henablesimultaneoussamplingAutoSequencer,upto16conversionsw/oCPUMultiplestandardcommunicationportsprovidesimpleinterfacestoothercomponentsFastprogramexecutionoutofboth

RAMandFlashmemory110-120MIPSwithFlashAccelerationTechnology150MIPSoutofRAMfortime-criticalcode

ControlPeripheralsCommunicationsPorts

MemorySub-SystemF2812:业界最强大的控制专用DSPControlPortsTargetApplicationOpticalNetworking,PowerSupplies,IndustrialApplications,Automotive,andmanymoreTMXtoday,TMSProductionmid2003(MultichannelBufferedSerialPort)多通道缓冲串行口

OpticalNetworkingControloflaserdiodeTVscreenDeflectionofelectronbeamforsmallangleandsharpcornerTVscreenAutomotive-EPSBatteryoperatedprecisionforsteeringPrinterPrintheadcontrolPaperpathmotorcontrolDigitalPowerSupplyProvidescontrol,sensing,PFC,andotherfunctions“Segway”ManynewcoolApplicationtocomeTirePressureLowcostpressuresensingbasedontirerotationspeedmeasurementC2000

DSP应用领域26第2章DSP系统设计概述2.3主要DSP处理器2.TMS320C5000系列TMS320C5000系列DSP是为实现低功耗、高性能而专门设计的定点DSP处理器。该系列针对消费类数字产品、通信电子、便携式等产品进行了优化，能够充分满足无线和有线通信系统以及数字音乐播放器、3G移动电话、GPS接收器、便携式医疗设备等新兴应用，涵盖了从低档到中高档的应用领域。该系列使用最广泛的是TMS320C54x和TMS320C55x两大类。这两类处理器软件完全兼容。Application

EnhancedC5502400MIPSC5509288-400

MIPSC5510320-400

MIPSC55xTMDSPDSP+RISCPowerEfficiency/SystemDensityFeatureIntegrationC5470C54xTM+ARM7C5471C54xTM+ARM7OMAPTM

OMAP5910MulticoreC5420

200MIPSC5421

200MIPSC5441532MIPSC54xTMMulticoreSoftwareCompatibleC5407120MIPSC540150MIPSC5402100-160MIPSC540980-160

MIPSC5410100-160MIPSC5416120-160MIPSOver500MillionShippedC54xTMDSPWorld’sMostPopularDSP$5BillioninDesign-insC55xTMDSPBestDSP

MicroprocessorReportDSPProductoftheYear

InternetTelephonyEDN2000DSPC5404120

MIPSC5000DSP发展历程C54xDSP内部结构TIDSPsin60%

ofalldigital

cellphonesTIDSPschosenby

8oftop10internetconsumerelectronicmanufacturersTIDSPschosen

by7oftop8

digitalstill

cameramanufacturersTIDSPsin80%ofIPphonedesignsTIhas80%ofVoIPGatewaymarketTIDSPsusedin8

ofthetop10wirelessinfrastructuresTMS320C5000C5000

DSP应用领域30第2章DSP系统设计概述2.3主要DSP处理器3.TMS320C6000系列TMS320C6000系列DSP是TI公司推出的高性能DSP。采用TI的专利技术VeloiTI和新的超长指令字结构，使该系列DSP的性能达到很高的水平。该系列主要面向图像、视频、网络和无线宽带通信等需要大规模数据处理的应用领域，例如，视频会议系统、高清晰数字电视、无线局域网、安防视频监控等。TMS320C6000系列主要包括TMS320C62x、TMS320C64x、TMS320C67x三大类。FixedPointSoftwareCompatiblePerformanceFloatingPoint

C67HPMulti-CoreFeatureIntegrationC64x+RISCC67LCC64LCC6416C6415C6414C6411DM64xTMC6712CC6711CC6713C6203C6701C6711C6201C6204C6211C6712C6205C6202C64xTMDSPBestDSPof2001InStat/MicroDesignResources2001InnovationoftheYearEDNMagazineC5000DSP发展历程TI推出720MHz时钟DM642媒体处理器

TI720MHzDM642processorReal-timeHDdecoding&transcoding:WM9,MPEG4,MPEG2formatsavailableIntegratedperipherals:10/100EthernetMAC,66MHzPCI,3HD-enabledvideoportsProductionqualifiedsamplesavailablenowC64XDSPCoreHDenabled

SetTop-BoxHD

ContentOutSet-TopBoxoffersmulti-formataudio,video,andimageencoding/decodingAudio

OutSDRAMFlashAudio

DACVideoEncoderHDDPowerMgmtDM642EthernetPHYGPPDSLmodemsPooledmodemsBasestationtransceiversWirelessLANEnterprisePBXSpeechrecognitionMultimediagatewayProfessionalaudioNetworkedcameraMachinevisionSecurityidentificationIndustrialscannerHighspeedprinterAdvancedencryptionBroadbandCommunicationsWireless3GBaseStationsMedicalImagingC6000

DSP应用领域35第2章DSP系统设计概述2.3主要DSP处理器4.DaVinci系列TI公司于2005年末首次推出了新一代高性能DSP处理器TMS320DM6443、TMS320DM6446，并命名为达芬奇(DaVinci)数字媒体处理器。该系列的处理器一般采用TMS320C64xDSP+ARM9的结构设计方案，并在此基础上增加了视频处理子系统VPSS(VideoProcessingSub-System)和视频图像协处理器VICP(VideoImageCo-Processor)及配套的RTOS和音/视频编解码等软件，极大增强了处理性能和开发便利性。DaVinci系列主要针对高清晰度视频处理应用，为设备制造商提供集成的处理器、软件和工具来简化设计流程、加速创新的数字视频应用。36第2章DSP系统设计概述2.3主要DSP处理器5.OMAP系列TI的OMAP系列平台提供了各种高性能应用处理器，被称为开放式媒体应用平台。通过ARM处理器(协调命令与控制)与DSP(计算密集型信号处理任务)相结合，对具体应用中的实时密集型计算处理及控制功能进行分配，把不同的任务交给适合的处理器来处理，以发挥整个OMAP处理器的最佳性能。DroidRAZR(XT910)OMAP处理器的推出主要针对数字媒体、生物特征识别、定位服务、增强型游戏及远程通信等应用领域，并已经在2.5G/3G手持无线通信终端及PDA市场上表现出强劲的发展势头。37第2章DSP系统设计概述2.4DSP系统的开发工具2.4.1软件开发工具CCS是一个可视化的集成开发工具，包括了编辑、编译、汇编、链接、软件模拟、在线仿真和调试及实时跟踪等几乎所有需要的软件工具。CCS中集成的几种主要的软件工具:C语言编译器(CCompiler)汇编器(Assembler)和链接器(Linker)软件模拟器(Simulator)38第2章DSP系统设计概述2.4DSP系统的开发工具2.4.2硬件开发工具1.硬件仿真器硬件仿真器可以仿真程序在实际硬件环境下的功能，支持实时基于JTAG扫描的仿真并为完整系列的TIDSP提供产品支持。通过JTAG接口，硬件仿真器将DSP硬件目标系统和装有仿真软件/仿真卡的PC接口板连接起来，用PC平台对实际硬件目标系统进行调试。2.入门套件(DSK)DSK入门套件是TI公司的低成本代码开发工具，其特点是功能全、价格低、代码编译速度快、使