第五章DSP芯片的程序结构
DSP芯片的基本结构和特征ppt课件
• 学习DSP芯片的结构和特征,对于深入理解
DSP芯片的操作过程,掌握DSP芯片的开发 和应用技术具有很重要的意义
二、基本结构
程序 存储器
程序地址 发生单元
数据 存储器
外部存储器 接口
数据总线
程序总线
数据地址 发生单元
指令缓存
DMA 处理器
定时器
时钟单元
等待状态 发生器
DSP芯片的基本结构和特征
1. 引言 2. 基本结构 3. 中央处理单元CPU 4. 总线结构和流水线 5. 片内存储器 6. 片内外设
7. TI定点DSP芯片 8. TI浮点DSP芯片 9. 其他DSP芯片简介 10.小结 11.习题与思考题
一、引 言
• 在DSP芯片操作中,许多特殊功能是与DSP
C20x
(ns) (字) (字) (字) 串口 串口
C203
25/35/50
-
544
-
1
1
C204
25/35/50
4K
544
-
1
1
C205
25/35/50
-
4.5K
-
1
1
F206
25/35/50
-
4.5K
32 K
1
1
F207
25/35/50
-
4.5K
32 K
2
1
C209
35/50
4K
4.5K
-
-
-
七、TI定点DSP芯片
三、CPU
3.4 乘累加单元
CB15-CB0 DB15-DB0 PB15-PB0
40 累加器A
DSP芯片介绍(精)
DSP 芯片介绍1 什么是DSP 芯片DSP 芯片,也称数字信号处理器,是一种具有特殊结构的微处理器。
DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,提供特殊的DSP 指令,可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。
根据数字信号处理的要求,DSP芯片一般具有如下的一些主要特点:(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。
(2)程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数据。
(3)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。
(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。
(5)快速的中断处理和硬件I/O支持。
(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。
(7)可以并行执行多个操作。
(8)支持流水线操作,使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
与通用微处理器相比,DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。
2 DSP芯片的发展世界上第一个单片DSP 芯片是1978年AMI 公司宣布的S2811,1979年美国Iintel 公司发布的商用可编程期间2920是DSP 芯片的一个主要里程碑。
这两种芯片内部都没有现代DSP 芯片所必须的单周期芯片。
1980年。
日本NEC 公司推出的μPD7720是第一个具有乘法器的商用DSP 芯片。
第一个采用CMOS 工艺生产浮点DSP 芯片的是日本的Hitachi 公司,它于1982年推出了浮点DSP 芯片。
1983年,日本的Fujitsu 公司推出的MB8764,其指令周期为120ns ,且具有双内部总线,从而处理的吞吐量发生了一个大的飞跃。
而第一个高性能的浮点DSP 芯片应是AT&T公司于1984年推出的DSP32。
在这么多的DSP 芯片种类中,最成功的是美国德克萨斯仪器公司(Texas Instruments,简称TI)的一系列产品。
TI公司灾982年成功推出启迪一代DSP 芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17等,之后相继推出了第二代DSP 芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28,第三代DSP 芯片TMS32C30/C31/C32,第四代DSP 芯片TMS32C40/C44,第五代DSP 芯片TMS32C50/C51/C52/C53以及集多个DSP 于一体的高性能DSP 芯片TMS32C80/C82等。
第五章 DSP系统设计
随着大规模集成芯片和可编程逻辑芯片的发展,使硬
件原理设计的难度得以降低,但它依然是DSP系统集成 中关键的一步。原理图设计的成功与否是DSP系统能否
正常工作的最重要的一个因素。
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第五章
DSP系统设计
5.1 系统设计— DSP系统硬件设计
第四步:PCB设计
PCB图的设计要求DSP系统的设计人员既要熟悉系
流之间留有一定余量,因为峰值电流会更大,余量至少
是20%。 现有的电源模块分AC/DC型和DC/DC型。DSP设计中常用 DC/DC型。 DC/DC型中又分开关型和线性低压降型(LDO)。开关型效
率高,但体积大、纹波大。线性LDO型体积小巧,但效率
低,其效率相当于输出电压和输入电压之比,例如5V转 1.8V的效率仅32%,只适用于电流较小的场合。
的电流消耗。 以AD6P21060/ADSP 21062为例,其进行FFT运算时,需 要的电源电流最大,这一峰值电流约是700 mA,但这是 在最“坏”情况下,真正的电流消耗比这小很多。
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第五章
DSP系统设计
5.2 电路设计— 电源设计
因此在设计电源时,必须考虑在电源电流和实际需用电
出现问题时,一般采用修改软件的方法,如果软件修改
无法解决问题,则必须调整硬件,这时问题就严重了。
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第五章
DSP系统设计
5.2 电路设计— 电源设计
DSP使用的电源是数字电源,这些电源必须满足一定要 求,一般要求纹波不超过10%;还应准确估算出DSP及
其外围器件的功耗。DSP数据手册给出了各种情况下DSP
电路设计时有必要采用多层印刷板,一般建议其中 一层是地层。优点:减少干扰;布线时省去了大量 器件管脚接地的工作量。注意:现在DSP等元件广泛 采用表贴封装,在器件布线时,将尽可能多的网络
DSP原理与应用2011-第五章 TMS320F28335片内外设_ad转换SCI
掌握TMS320F28335内核结构,例如A/D转换、串行通信接口、 串行 外设接口。
重点:
TMS320F28335内部A/DC的正确使用,串行通信接口应用。
难点:
TMS320F28335的ADC寄存器操作和串行通信寄存器操作。
教学内容分两部分
§5.1:TMS320F28335内模拟/数字转换 §5.2 :TMS320F28335系列串行通信接口SCI和Modbus协议介绍
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§5.1 .2 ADC有关的寄存器
控制寄存器
通道顺序选 择寄存器
结 果 寄 存 器
DSP原理与应用
2012年9月3日
8
ADC有关的寄存器(序)
控制寄存器 状态寄存器
参考电压选择寄存器 偏移电压调整寄存器
DSP原理与应用
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§5.1.3 ADC 操作模式
根据采样模式划分,包括顺序采样和同步采样 1) 顺序采样模式(Sequential Sampling Mode)
DSP原理与应用
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2) 同步采样模式(Simultaneous Sampling Mode)
DSP原理与应用
2012年9月3日
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根据转换模式划分,包括: 级联模式转换和和双序列模式转换 1) 级联模式转换
DSP原理与应用
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2) 双序列模式转换
DSP原理与应用
DSP原理与应用
4
Sequencer can be operated as two independent 8-state sequencers or as one large 16-state sequencer (i.e., two cascaded 8-state sequencers).
DSP芯片制造工艺流程
DSP芯片制造工艺流程DSP(Digital Signal Processing)芯片是一种专门用于数字信号处理的集成电路芯片。
它可以通过算法来解析、处理和转换数字信号,广泛应用于音频、视频和无线通信等领域。
下面将介绍DSP芯片的制造工艺流程。
首先,DSP芯片的制造工艺流程包括概念设计、前期设计、制造工艺设计、掩膜制作、晶圆加工、封装测试等多个环节。
首先是概念设计阶段。
在这个阶段,芯片设计工程师会根据芯片的功能需求和性能指标进行初步的设计方案制定。
他们会选择适合的处理器核心、内存、接口等组件,并进行电路图设计和模拟仿真以验证设计的可行性。
接下来是前期设计阶段。
在这个阶段,芯片设计工程师会使用专业的EDA(Electronic Design Automation)软件工具进行详细的电路设计和布局。
他们会将电路图转换为物理结构,考虑电路元件的大小、位置和连接方式,以及电源分配和信号路由等。
在此过程中,他们还会进行各种静态和动态的电性能分析和优化。
然后是制造工艺设计阶段。
在这个阶段,芯片制造工程师会根据芯片设计图纸,选择合适的制造工艺流程,并确定各种加工步骤和参数。
这些包括光刻、薄膜沉积、腐蚀、离子注入、扩散、金属化和封装测试等。
随后是掩膜制作阶段。
掩膜是制造芯片的重要工具,它是一种透明薄膜,上面印刷有电路图案。
掩膜制作工程师会根据制造工艺设计的要求,通过光刻技术将电路图案转移到掩膜上。
然后是晶圆加工阶段。
晶圆是制造芯片的基材,它通常是用纯度极高的硅材料制成。
晶圆加工工程师会使用掩膜将电路图案印刷到晶圆表面上,并通过一系列的工艺步骤,将掩膜中的电路图案转移到晶圆上。
这些步骤包括光刻、薄膜沉积、腐蚀、离子注入、扩散、金属化等。
最后是封装测试阶段。
在这个阶段,芯片封装工程师会将晶圆上的芯片切割成单独的芯片,并将其封装到塑料、陶瓷或金属封装中。
接下来进行测试,以确保芯片的功能和性能符合设计要求。
总结起来,DSP芯片的制造工艺流程包括概念设计、前期设计、制造工艺设计、掩膜制作、晶圆加工、封装测试等多个环节。
dsp芯片的原理与开发应用课件
DSP芯片的原理与开发应用课件1. 什么是DSP芯片DSP芯片(Digital Signal Processing Chip)是一种专门用于数字信号处理的集成电路芯片。
它具有强大的计算能力和高速处理速度,广泛应用于音频信号处理、图像处理、通信系统、雷达信号处理等领域。
2. DSP芯片的工作原理DSP芯片通过高效的算法和硬件加速器,对输入的数字信号进行采样、压缩、编码、滤波、频谱分析、解调、解码等处理,得到所需的输出信号。
其工作原理大致如下:1.信号采样:DSP芯片将输入的连续模拟信号通过采样电路转换为离散数字信号。
2.数字信号处理:DSP芯片使用内置的运算器和指令集,对采样到的数字信号进行各种算法处理,如滤波、频域变换、时域变换等。
3.运算加速:为了提高处理速度,DSP芯片通常配备专门的硬件加速器,如DSP协处理器、FPGA等,来协助完成复杂的计算任务。
4.输出处理:处理后的数字信号经过解码、解调等步骤后,再通过解调电路将其还原为模拟信号,输出到外部设备或其他系统中。
3. DSP芯片的开发应用3.1 音频信号处理DSP芯片在音频领域的应用非常广泛,可以用于音频编解码、音效处理、语音识别等。
通过采用各种数字算法,DSP芯片可以实现高质量音频信号处理和实时音效增强,提升用户体验。
在音频编解码方面,DSP芯片支持各种音频格式的解码和编码,如MP3、AAC、WAV等。
通过对音频信号进行压缩和解压缩,可以有效减小音频文件的大小,提高存储和传输效率。
3.2 图像处理DSP芯片在图像处理领域的应用日益重要。
利用DSP芯片的高速计算能力和并行处理能力,可以实现图像的滤波、边缘检测、图像增强、图像压缩等功能。
图像处理算法包括傅里叶变换、离散余弦变换、边缘检测、图像分割等。
这些算法可以在DSP芯片上进行高效的实现,帮助用户快速获得满足各种图像处理需求的结果。
3.3 通信系统DSP芯片在通信系统中起到了关键作用。
通信系统中需要对信号进行调制、解调、滤波、编解码等处理。
DSP原理及应用DSP芯片的硬件结构节讲稿
特殊功能 寄存器
TMS320C54x的硬件结构图
PAB
程序存储器
PB
数据存储器
CAB
串行口
CB
并行口
DAB
定时器
DB
计数器
EAB
中断
EB
外部 存储器 接口
外部 设备 接口
乘法
C累PU加器
算术/逻辑 运算单元
比较器
桶形 移位器
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2.2 ’C54x的主要特性和外部引 脚2.2.1 ’C54x的主要特性 1、CPU 2、存储器 3、指令系统 其特性还将在后面章节专门介绍
1 9 BIT0 1 8 BIT1 1 7 BIT2 1 6 BIT3 1 5 BIT4 1 4 BIT5 1 3 BIT6 1 2 BIT7
10
GND
GND
15 14 13 12 11 10 9 7
SEG0 1 1 SEG1 7 SEG2 4 SEG3 2 SEG4 1 SEG5 1 0 SEG6 5 SEG7 3
SEG0 1 1 SEG1 7 SEG2 4 SEG3 2 SEG4 1 SEG5 1 0 SEG6 5 SEG7 3
U2 A 2
3
7 4HC0 2 1
U2 B 5
6
7 4HC0 2 4
U2 C 8
9
7 4HC0 2 10
U2 D 11
12
7 4HC0 2 13
a
DS1
b
c
d
e
f
g
dp
a
DS2
b
c
d
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8. 测试引脚 TCK:测试时钟输入引脚; TDI:测试数据输入引脚; TDO:测试数据输出引脚; TMS:测试方式选择引脚; TRST:测试复位引脚; EMU0:仿真器中断0引脚; EMU1/OFF:仿真器中断1引脚/关断所有 输出引脚。
DSP芯片原理课件
3 FIR滤波器的设计和实现
4 IIR滤波器的设计和实现
学习如何设计和实现FIR滤法,以及其在 DSP中的应用。
数字降噪技术
1 语音信号处理的基本方法
探索在语音信号处理中使用的基本方法和技 术。
2 视频图像处理的基本方法
了解视频图像处理中常用的基本方法和技术。
解释DSP芯片在无线通信系统中的关键角色和应用 案例。
图像识别
描述DSP芯片如何实现高效的图像识别算法。
DSP芯片的未来发展趋势
1 DSP芯片与人工智能的结合
探讨DSP芯片与人工智能的结合,以及在AI领域的应用前景。
2 DSP芯片的应用前景分析
分析DSP芯片在不同领域中的应用前景,并展望未来的发展方向。
3 滤波器的基本概念和设计方法
介绍滤波器的基本概念、种类和设计方法。
4 浮点数和定点数表示方式
讲解数字信号处理中浮点数和定点数表示方 式的区别和应用场景。
DSP算法的分类
1 DSP算法分析和评价指标
探讨不同DSP算法的分类和如何评价其性能 指标。
2 FFT算法的实现原理
详细解释FFT算法的实现原理和在信号处理 中的应用。
3 DSP芯片的开发环境和工具介绍
介绍DSP芯片的开发环境和常用工具,帮助 开发者更好地进行应用开发。
4 DSP系统的设计和实现
深入研究DSP系统的设计原理和实际实现过 程。
DSP芯片应用案例分享
音频处理
介绍DSP芯片在音频处理中的应用案例。
视频压缩
展示DSP芯片在视频压缩领域的成功案例。
无线通信
DSP芯片原理课件
这个DSP芯片原理课件将深入讲解DSP芯片的概述、历史和发展、基本组成 和工作原理,以及在各个应用领域的应用。
DSP芯片的基本结构
DSP芯片的基本结构DSP芯片的基本结构包括:1.哈佛结构;2.流水线操作;3.专用的硬件乘法器;4.特殊的DSP指令;5.快速的指令周期。
哈佛结构哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中,即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器,每个存储器独立编址,独立访问。
与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线,从而使数据的吞吐率提高了一倍。
由于程序和存储器在两个分开的空间中,因此取指和执行能完全重叠。
流水线与哈佛结构相关,DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行的时间,从而增强了处理器的处理能力。
处理器可以并行处理二到四条指令,每条指令处于流水线的不同阶段。
CLLOUT1,取指N N-1 N-2,译码N-1 N N-2,执行N-2 N-1 N,专用的硬件乘法器,乘法速度越快,DSP处理器的性能越高。
由于具有专用的应用乘法器,乘法可在一个指令周期内完成。
特殊的DSP指令DSP芯片是采用特殊的指令。
快速的指令周期哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。
DSP芯片的选择方法一般而言,定点DSP芯片的价格较便宜,功耗较低,但运算精度稍低。
而浮点DSP芯片的优点是运算精度高,且C语言编程调试方便,但价格稍贵,功耗也较大。
例如TI的T MS320C2XX/C54X系列属于定点DSP芯片,低功耗和低成本是其主要的特点。
而TMS320C3X/C4X/C67X属于浮点DSP芯片,运算精度高,用C语言编程方便,开发周期短,但同时其价格和功耗也相对较高。
DSP应用系统的运算量是确定选用处理能力为多大的DSP芯片的基础。
运算量小则可以选用处理能力不是很强的DSP芯片,从而可以降低系统成本。
相反,运算量大的DSP系统则必须选用处理能力强的DSP芯片,如果DSP芯片的处理能力达不到系统要求,则必须用多个DSP芯片并行处理。
DSP芯片的基本结构和特征
DSP芯片的基本结构和特征引言DSP芯片(Digital Signal Processor,数字信号处理器)是一种专用于数字信号处理任务的微处理器。
它具有高处理速度和低功耗等特点,广泛应用于音频、视频、通信、雷达、图像处理等领域。
本文将介绍DSP芯片的基本结构和特征,以便读者更好地了解和应用该技术。
1. DSP芯片的基本结构DSP芯片的基本结构通常包括三个主要部分:中央处理单元(CPU)、存储器和数字信号处理模块。
下面将详细介绍这些部分的功能和特点。
1.1 中央处理单元(CPU)中央处理单元是DSP芯片的核心,负责控制和执行指令。
它通常由一个或多个运算单元(ALU)和一个控制单元组成。
ALU负责执行算术和逻辑运算,而控制单元则负责解码和执行指令序列。
中央处理单元是DSP芯片实现高速运算的关键部分。
1.2 存储器存储器是DSP芯片的重要组成部分,用于存储程序代码、数据和中间结果。
它通常包括两种类型的存储器:指令存储器(程序存储器)和数据存储器。
指令存储器用于存储程序代码和指令,而数据存储器用于存储数据和中间结果。
存储器的大小和访问速度对DSP芯片的性能有重要影响。
1.3 数字信号处理模块数字信号处理模块是DSP芯片的核心功能模块,用于执行数字信号处理任务。
它通常包括以下几个功能单元:时钟和定时器单元、数据通路单元、乘法器和累加器(MAC)单元以及控制逻辑单元。
时钟和定时器单元用于提供时序控制和定时功能,数据通路单元用于数据传输和处理,乘法器和累加器单元用于高速乘加运算,控制逻辑单元用于控制和协调各个功能单元的操作。
2. DSP芯片的特征DSP芯片相较于通用微处理器具有一些明显的特征,下面将介绍几个主要特征。
2.1 高速运算能力DSP芯片具有高速运算能力,主要得益于其专门的运算单元和并行处理能力。
相较于通用微处理器,DSP芯片能够更快地执行算术和逻辑运算,满足实时信号处理的需求。
2.2 低功耗设计DSP芯片在设计过程中注重功耗的控制,以满足移动设备和嵌入式系统等低功耗应用的需求。
简述使用dsp芯进行系统开发的一般流程
简述使用DSP芯片进行系统开发的一般流程1. 概述DSP(Digital Signal Processor)芯片是一种专门用于处理数字信号的芯片,广泛应用于通信、音视频处理等领域。
使用DSP芯片进行系统开发需要经过一系列的步骤和流程,本文将简要介绍一般的开发流程。
2. DSP系统开发流程2.1 需求分析首先,在进行DSP系统开发之前,需进行需求分析,明确系统的功能和性能要求。
根据需求,确定DSP芯片的型号和规格,并确定系统的硬件和软件接口要求。
2.2 硬件设计硬件设计是DSP系统开发的重要一环。
根据需求分析,进行DSP系统的硬件设计,包括电路原理图和PCB设计。
在设计过程中,需要考虑电源、时钟、接口电路等因素,确保硬件设计满足系统要求。
2.3 软件设计软件设计是DSP系统开发的关键环节。
根据需求和硬件设计,进行DSP系统的软件设计。
具体步骤包括编写算法和信号处理流程、选择适当的编程语言和开发工具、设计系统框架和接口等。
2.4 软件开发在软件设计的基础上,进行DSP系统的软件开发。
根据软件设计确定的算法和接口,使用相应的编程语言和开发工具,编写软件代码。
在开发过程中,需要进行代码调试、性能优化和错误修复等工作。
2.5 硬件调试完成软件开发后,进行DSP系统的硬件调试。
通过连接电源、外部设备和接口,对DSP系统进行调试和测试。
此阶段还可以进行性能测试和功能验证。
2.6 系统集成在完成硬件调试后,进行DSP系统的系统集成。
将软件和硬件组合起来,确保系统正常运行。
在此阶段,需要进行整体测试和交付前的验收。
2.7 产品发布和维护完成系统集成后,进行DSP系统的产品发布。
将DSP系统交付给客户或用于实际应用。
同时,需要进行系统的维护和迭代,及时修复BUG和优化性能。
3. 总结使用DSP芯片进行系统开发涉及多个步骤和流程,包括需求分析、硬件设计、软件设计、软件开发、硬件调试、系统集成、产品发布和维护等。
通过合理的规划和有序的流程,可以确保DSP系统开发的顺利进行,并最终得到可靠和高性能的系统。
《DSP的硬件结构》课件
背板总线架构
背板总线将DSP模块连接起来, 组成一个大型系统
DSP系统外设接口
1
视频接口
2
提供各种视频输入和输出
3
串口
用于连接其他设备,方便数据传输
PCIE接口
用于DSP与主机之间的数据传输
存储器管理单元
1 用途
控制内存和I/O 存储器的 访问速度和方式,优化存 储器的使用和管理
2 主要功能
为指令和数据提供地址映 射和文件管理
低功耗
DSP设计更加贴合功耗优化的要求,使得DSP的 功耗是相对较低的
高速缓存
尽量减少对外存的访问,改用内存缓存,提高效 率
精度和动态范围高
DSP在数字信号处理中,对精度和动态范围的要 求都很高,需要满足高标准的数字信号处理需求
DSP的数据通路结构
数据通路的基本结构
用于协调指令和数据在DSP内部 的传输和处理
3 工作原理
根据外部访问请求,从具 体的处理器单元中选择一 个空闲存储器,然后对存 储器进行操作
DMA控制器和中断控制器
控制器功能 DMA控制器 中断控制器
控制器作用 实现高速数据传输和处理 负责处理来自外设和系统的中断事件
DSP芯片的能耗和功率管理
核心器件
用于减少DSP的功耗
电源管理
通过设置电源管理机制,使 插入的设备自动进入暂停模 式以节约电力
SIMD和VLIW架构
SIMD (单指令流多数据流)
操作一个指令并处理多组数据,广泛用于数字信号处理和图像处理
VLIW (超长指令字)
指令宽度比较大,多种指令同时运行,常用于高性能计算
DSP指令集的特点
1 并行性
2 低功耗
DSP芯片的基本结构(精)
DSP芯片的基本结构DSP芯片的基本结构包括:1.哈佛结构;2.流水线操作;3.专用的硬件乘法器;4.特殊的DSP指令;5.快速的指令周期。
哈佛结构哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中,即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器,每个存储器独立编址,独立访问。
与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线,从而使数据的吞吐率提高了一倍。
由于程序和存储器在两个分开的空间中,因此取指和执行能完全重叠。
流水线与哈佛结构相关,DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行的时间,从而增强了处理器的处理能力。
处理器可以并行处理二到四条指令,每条指令处于流水线的不同阶段。
CLLOUT1,取指 N N-1 N-2,译码 N-1 N N-2,执行 N-2 N-1 N,专用的硬件乘法器,乘法速度越快,DSP处理器的性能越高。
由于具有专用的应用乘法器,乘法可在一个指令周期内完成。
特殊的DSP指令DSP芯片是采用特殊的指令。
快速的指令周期哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。
DSP芯片的选择方法一般而言,定点DSP芯片的价格较便宜,功耗较低,但运算精度稍低。
而浮点DSP芯片的优点是运算精度高,且C语言编程调试方便,但价格稍贵,功耗也较大。
例如TI的T MS320C2XX/C54X系列属于定点DSP芯片,低功耗和低成本是其主要的特点。
而TMS320C3X/C4X/C67X属于浮点DSP芯片,运算精度高,用C语言编程方便,开发周期短,但同时其价格和功耗也相对较高。
DSP应用系统的运算量是确定选用处理能力为多大的DSP芯片的基础。
运算量小则可以选用处理能力不是很强的DSP芯片,从而可以降低系统成本。
相反,运算量大的DSP系统则必须选用处理能力强的DSP芯片,如果DSP芯片的处理能力达不到系统要求,则必须用多个DSP芯片并行处理。
DSP原理及结构PPT课件
(8)军事与尖端科技:雷达和声纳信号处理、雷达成像、导弹制导等。 (9)计算机与工作站:计算机加速卡、图形加速卡。 (10)消费电子:数字电视、图形/声音压缩解压装置。
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4、DSP产品的现状 定点DSP有200多种,浮点DSP有100多种。主要生产:TI 公司、
单3.3V电压输出:TI公司的TPS7133、TPST7233 单电源可调电压输出:TI公司的TPS7101、TPST7201 双电源输出(两路输出的芯片):TPS73H301、TPS73H325、TPS73H318
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(5)3.3V和5V混合逻辑系统设计 各种电平转换标准
第45页/共87页
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(3)加电次序 理想情况下,两个电源应同时加电,但在一些场合很难做到。不同型号器件上电顺序不一样。
第36页/共87页
TMS320VC5402与大多数DSP芯片的上电 顺序:
低电压电源CVdd先上电;高电压电源 DVdd后电压;
高电压电源DVdd先断电;低电压电源 CVdd后断电;
列处理器的指令周期已经从第一代的200ns降至20ns以下。快速的指令周 期使DSP芯片能够实时实现许多DSP应用
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二、TMS320系列DSP的结构 第31页/共87页
1、多总线结构 由哈佛结构决定了具有独立的程序总线和数据总线,以及独立的程序
存储器和数据存储器,这样就可以同时获得指令字和操作数互不干扰,即一 个指令周期内可以同时准备好指令和操作数。
*若不遵照此次序,那么CVdd与DVdd的差 值必须小于2.8V。
TMS320VC549具有静电保护结构,所以上 电 顺 序 与 上 相 反 。第37页/共87页
DSP的基本结构和特征
DSP的基本结构和特征DSP的基本结构和特征编程DSP芯⽚是⼀种具有特殊结构的微处理器,为了达到快速进⾏数字信号处理的⽬的,DSP芯⽚⼀般都采⽤特殊的软硬件结构:(1) 哈佛结构。
DSP采⽤了哈佛结构,将存储器空间划分成两个,分别存储程序和数据。
它们有两组总线连接到处理器核,允许同时对它们进⾏访问,每个存储器独⽴编址,独⽴访问。
这种安排将处理器的数据吞吐率加倍,更重要的是同时为处理器核提供数据与指令。
在这种布局下,DSP得以实现单周期的MAC指令。
在哈佛结构中,由于程序和数据存储器在两个分开的空间中,因此取指和执⾏能完全重叠运⾏。
(2) 流⽔线。
与哈佛结构相关,DSP芯⽚⼴泛采⽤2-6级流⽔线以减少指令执⾏时间,从⽽增强了处理器的处理能⼒。
这可使指令执⾏能完全重叠,每个指令周期内,不同的指令都处于激活状态。
(3) 独⽴的硬件乘法器。
在实现多媒体功能及数字信号处理的系统中,算法的实现和数字滤波都是计算密集型的应⽤。
在这些场合,乘法运算是数字处理的重要组部分,是各种算法实现的基本元素之⼀。
乘法的执⾏速度越快,DSP处理器的性能越⾼。
相⽐与⼀般的处理器需要30-40个指令周期,DSP 芯⽚的特征就是有⼀个专⽤的硬件乘法器,乘法可以在⼀个周期内完成。
(4) 特殊的DSP指令。
DSP的另⼀特征是采⽤特殊的指令,专为数字信号处理中的⼀些常⽤算法优化。
这些特殊指令为⼀些典型的数字处理提供加速,可以⼤幅提⾼处理器的执⾏效率。
使⼀些⾼速系统的实时数据处理成为可能。
(5) 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的速度已经达到800MB/S以上。
这在需要⼤数据量进⾏交换的场合可以减⼩CPU的开销,提⾼数据的吞吐率。
提⾼系统的并⾏执⾏能⼒。
(6) 多处理器接⼝。
使多个处理器可以很⽅便的并⾏或串⾏⼯作以提⾼处理速度。
(7) JTAG(Joint Test Action Group)标准测试接⼝(IEEE 1149标准接⼝)。
DSP芯片简介介绍
图像/视频处理
DSP芯片在图像/视频处理领 域中广泛应用于图像压缩、图 像识别、视频分析等方面。
控制与自动化
DSP芯片在控制与自动化领域 中广泛应用于电机控制、智能 仪表、无人机控制等方面。
02
DSP芯片的发展历程
第一代DSP芯片
总结词
简单计算能力
详细描述
第一代DSP芯片主要提供简单的计算能力,用于处理简单的数学运算和逻辑操 作。它们主要用于控制和监视系统,如工业自动化和过程控制。
图像处理领域的应用案例
01
02
03
图像处理
DSP芯片可以对图像进行 各种处理,如滤波、增强 、色彩校正等,用于改善 图像质量和效果。
视频编解码
DSP芯片能够高效地实现 视频编解码算法,用于视 频会议、视频监控等应用 场景。
3D图形渲染
DSP芯片可以加速3D图形 渲染,提高游戏和虚拟现 实应用的性能和流畅度。
第二代DSP芯片
总结词
增强计算能力
详细描述
第二代DSP芯片在计算能力上有了显著提升,能够处理更复杂的算法和信号处理 任务。它们广泛应用于通信、音频处理、图像处理等领域。
第三代DSP芯片
总结词
高性能与低功耗
详细描述
第三代DSP芯片追求高性能与低功耗的平衡,以满足移动设备和嵌入式系统的需求。它们具备更高的计算密度和 更低的功耗,适用于各种便携式电子产品和物联网设备。
DSP芯片的算法及应用
01
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02
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03
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DSP原理与实训指导第五章 数字信号处理(DSP)基础知识
5.2
一、时钟电路
2
DSP电路的硬件结构
锁相环PLL
(2) 软件配置的PLL 软件配置的PLL具有高度的灵活性,它是利用编程对时钟 方式寄存器CLKMD的设定,来定义PLL时钟模块中的时钟配 置。 软件PLL的时钟定时器提供各种时钟乘法器系数,并能直 接接通和关断PLL。软件PLL的锁定定时器可以用于延迟转换 PLL的时钟方式,直到锁定为止。
5.2
二、复位电路
2
DSP电路的硬件结构
手动复位电路
TMS320C54x
手动复位电路是通过上电或按钮两种方式对芯片进行复 位。电路参数与上电复位电路相同。当按钮闭合时,电容 C通 RS R 过按钮和R1进行放电,使电容 C上的电压降为0;当按钮断开 VCC 时,电容C的充电过程与上电复位相同,从而实现手动复位。
5.2
一、时钟电路
2
DSP电路的硬件结构
锁相环PLL
⑤ 倍频切换 若要改变PLL的倍频,必须先将PLL的工作方式从倍频方 式(PLL方式)切换到分频方式(DIV方式),然后再切换到新的倍 频方式。 实现倍频切换的步骤: 1:复位PLLNDIV,选择DIV方式; 2:检测PLL的状态,读PLLSTATUS位; 3:根据所要切换的倍频,确定乘系数; 4:由所需要的牵引时间,设置PLLCOUNT的当前值; 5:设定CLKMD寄存器。 注意:2分频与4分频之间也不能直接切换。
1
0
工作
1
1
工作
5.2
一、时钟电路
2
DSP电路的硬件结构
锁相环PLL
② 软件PLL的工作方式 通过软件编程,可以使软件PLL实现两种工作方式: PLL方式,即倍频方式。芯片的工作频率等于输入时钟 CLKIN乘以PLL的乘系数,共有31个乘系数,取值范围为 0.25~15。 DIV方式,即分频方式。对输入时钟CLKIN进行2分频 或4分频。
DSP芯片的基本结构和特征
第2章DSP芯片的基本结构和特征2.1 引言可编程DSP芯片是一种具有特殊结构的微处理器,为了达到快速进行数字信号处理的目的,DSP芯片一般都具有程序和数据分开的总线结构、流水线操作功能、单周期完成乘法的硬件乘法器以及一套适合数字信号处理的指令集。
本章将首先介绍DSP芯片的基本结构,然后介绍TI公司的各种DSP芯片的特征,最后简要介绍其他公司的DSP芯片的特点。
2.2 DSP芯片的基本结构为了快速地实现数字信号处理运算,DSP芯片一般都采用特殊的软硬件结构。
下面以TMS320系列为例介绍DSP芯片的基本结构。
TMS320系列DSP芯片的基本结构包括:(1)哈佛结构;(2)流水线操作;(3)专用的硬件乘法器;(4)特殊的DSP指令;(5)快速的指令周期。
这些特点使得TMS320系列DSP芯片可以实现快速的DSP运算,并使大部分运算(例如乘法)能够在一个指令周期内完成。
由于TMS320系列DSP芯片是软件可编程器件,因此具有通用微处理器具有的方便灵活的特点。
下面分别介绍这些特点是如何在TMS320系列DSP芯片中应用并使得芯片的功能得到加强的。
2.2.1 哈佛结构哈佛结构是不同于传统的冯·诺曼(V on Neuman)结构的并行体系结构,其主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中,即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器,每个存储器独立编址,独立访问。
与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线两条总线,从而使数据的吞吐率提高了一倍。
而冯·诺曼结构则是将指令、数据、地址存储在同一存储器中,统一编址,依靠指令计数器提供的地址来区分是指令、数据还是地址。
取指令和取数据都访问同一存储器,数据吞吐率低。
在哈佛结构中,由于程序和数据存储器在两个分开的空间中,因此取指和执行能完全重叠运行。
为了进一步提高运行速度和灵活性,TMS320系列DSP芯片在基本哈佛结构的基础上作了改进,一是允许数据存放在程序存储器中,并被算术运算指令直接使用,增强了芯片的灵活性;二是指令存储在高速缓冲器(Cache)中,当执行此指令时,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。
DSP芯片的基本结构
DSP芯片的基本结构DSP芯片的基本结构包括:1.哈佛结构;2.流水线操作;3.专用的硬件乘法器;4.特殊的DSP指令;5.快速的指令周期。
哈佛结构哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中,即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器,每个存储器独立编址,独立访问。
与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线,从而使数据的吞吐率提高了一倍。
由于程序和存储器在两个分开的空间中,因此取指和执行能完全重叠。
流水线与哈佛结构相关,DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行的时间,从而增强了处理器的处理能力。
处理器可以并行处理二到四条指令,每条指令处于流水线的不同阶段。
CLLOUT1,取指N N-1 N-2,译码N-1 N N-2,执行N-2 N-1 N,专用的硬件乘法器,乘法速度越快,DSP处理器的性能越高。
由于具有专用的应用乘法器,乘法可在一个指令周期内完成。
特殊的DSP指令DSP芯片是采用特殊的指令。
快速的指令周期哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。
DSP芯片的选择方法一般而言,定点DSP芯片的价格较便宜,功耗较低,但运算精度稍低。
而浮点DSP芯片的优点是运算精度高,且C语言编程调试方便,但价格稍贵,功耗也较大。
例如TI的T MS320C2XX/C54X系列属于定点DSP芯片,低功耗和低成本是其主要的特点。
而TMS320C3X/C4X/C67X属于浮点DSP芯片,运算精度高,用C语言编程方便,开发周期短,但同时其价格和功耗也相对较高。
DSP应用系统的运算量是确定选用处理能力为多大的DSP芯片的基础。
运算量小则可以选用处理能力不是很强的DSP芯片,从而可以降低系统成本。
相反,运算量大的DSP系统则必须选用处理能力强的DSP芯片,如果DSP芯片的处理能力达不到系统要求,则必须用多个DSP芯片并行处理。
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2008-10-8
汇编器对块的处理
未初始化块 .bss 变量存放空间 .usect 用户自定义的未初始化段初始化块 .text 汇编指令代码 .data 常数数据(比如对变量的初始化数据) .sect 用户自定义的已初始化段 .asect 通.sect,多了绝对地址定位功能,一般 不用
2008-10-8
C语言的段
未初始化块(data) .bss 存放全局和静态变量 .ebss 长调用的.bss(超过了64K地址 限制) .stack 存放C语言的栈 .sysmem 存放C语言的堆 .esysmem 长调用的.sysmem(超过了 64K地址限制)
2008-10-8
1、栈区(stack)— 由编译器自动分配释 放 ,存放函数的参数值,局部变量的值等。 其操作方式类似于数据结构中的栈。 2、堆区(heap) — 一般由程序员分配释 放, 若程序员不释放,程序结束时可能由 OS回收 。
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连接命令文件(CMD)
MEMORY指定存储空间 MEMORY { PAGE 0: name 0 [attr] : origin = constant, length = constant PAGE n: name n [attr] : origin = constant, length = constant } PAGE n:标示存储空间,n<255;PAGE 0为程序存储空间; PAGE 1为程序存储空间 name:存储空间名称 attr:存储空间属性:只读R,只写W,可包含可执行代码X, 可以被初始化I。 orgin:用来定义存储空间的起始地址 Lenth:用来定义存储空间的长度 2008-10-8
2008-10-8
自定义段(C语言)
#pragma DATA_SECTION(函数名或全局变 量名,"用户自定义在数据空间的段名");
#pragma CODE_SECTION(函数名或全 局变量名,"用户自定义在程序空间的段名"); 不能在函数体内声明。 必须在定义和使用前声明 #pragma可以阻止对未调用的函数的优化
2008-10-8
COFF格式:详细的COFF文件格式包括段 头,可执行代码和初始化数据,可重定 位信息,行号入口,符号表,字符串表 等,这些属于编写操作系统和编译器人 员关心范畴。而对于C只需要了解定义段 和给段分配空间就可以了。 采用COFF更有利于模块化编程,程序员 可以自由决定愿意把哪些代码归属到哪 些段,然后加以不同的处理。
2008-10-8
SDJU
第五章DSP芯片的程序结构
重点与难点及要求 重点:CMD文件的编写 难点:COFF文件的含义 要求:理解COFF文件,掌握CMD文 件的编写。
2008-10-8
CMD文件的编写
COFF格式 通用目标文件格式(Common Object File Format)是一种流行的二进制可执 行文件格式,二进制可执行文件包括库 文件(lib),目标文件(obj)最终可 执行文件(out)。现今PC机上的 Windows95和NT4.0以后的操作系统的二 进制文件格式(PE)就是在COFF格NS分配段
SECTIONS
{ name : [property,property,……] } PAGE = n,段位于那个存储页面空间。
2008-10-8
直接写编译命令 -l rts2800_ml.lib 连接系统文件 rts2800_ml.lib -o filename.out 最终生成的二进制 文件命名为filename.out -m filename.map 生成映射文件 filename.map -stack 0x200 堆栈为512字
2008-10-8
初始化块 .text 可执行代码和常数(program) .switch switch语句产生的常数表格(program/ 低64K数据空间) .cinit 用来存放对全局和静态变量的初始化常 数值(program) .const 全局和静态的const变量初始化值和字 符串常数,(data) .econst 长.const(可定位到任何地方)(data)
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Section
Section目标文件中最小单位称为块。一个 块就是最终在存储器映象中占据连续空间 的一段代码或数据。
2008-10-8
COFF目标文件包含三个默认的块: .text可执行代码 .data已初始化数据 .bss为未初始化数据保留的空间