本科54xDSP打印稿

1.2.1 DSP芯片的发展概况
DSP芯片诞生于20世纪70年代末，经历了以下三个阶段。 第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年前后）。 1978年AMI公司生产出第一片DSP芯片S2811。 1979年美国Intel公司发布了商用可编程DSP器件Intel2920,由 于内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据处理 能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为单指令周期 5 200~250ns，应用领域仅局限于军事或航空航天部门。 退出 2012
冯· 诺伊曼(Von-Neumann)结构——程序存储器与数据存储器
合为一体，单地址、数据总线，不能同时取指令和取操作数， 易造成传输通道上的瓶颈现象。 程序与数 据存储器
地址总线AB
CPU
数据总线DB
图1.2.1 冯· 诺伊曼结构
2012
10
退出
哈佛(Havard)结构——程序空间和数据空间分开，各自有自
累加器(ACC)
硬件乘法器(MUL)
它们可以在一个指令周期内同时进行运算。例如，当执行 一次乘法和累加的同时，辅助寄存器单元已经完成了下一个地 址的寻址工作，为下一次乘法和累加运算做好了充分的准备。
为了适应数字信号处理的需要，当前的DSP芯片都配有专用 的硬件乘法-累加单元(MAC)，可在一个周期内完成一次乘法和 累加操作。如矩阵运算、FIR和IIR滤波、FFT变换等专用信号的 处理。 14 退出 2012
2012
退出
7
2012
退出
8
2012
退出
9
1.2.2 DSP芯片的特点
数字信号处理不同于普通的科学计算与分析，它强调运算的 实时性。除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制能力外, 针对实时数字信号处理的特点,在处理器的结构、指令系统、指令 流程上作了很大的改进,其主要特点如下： 1．哈佛结构
⑤ 用基于通用DSP核的ASIC芯片实现。随着专用集成电路 ②用单片机实现，用于不太复杂的数字信号处理。不适合于以乘 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的广泛使用 法-累加运算为主的密集型DSP算法； ,可以将DSP的功能集成到ASlC中。一般说来，DSP核是通用DSP器 ③用专用的DSP芯片实现，可用在要求信号处理速度极快的特殊场 件中的CPU部分，再配上用户所需的存储器(包括Cache、RAM、 合，如专用于FFT、数字滤波、卷积、相关算法的DSP芯片，相应 ROM、flash、EPROM)和外设(包括串口、并口、主机接口、DMA、 的信号处理算法由内部硬件电路实现。用户无需编程，但专用性 定时器等)，组成用户的ASIC。 强，应用受到限制；
数字信号处理器（DSP） 原理与应用
1 绪论 2 TMS320C54x基本结构（P40） 3 C54x指令系统（P127） 4 C54x的汇编语言程序设计（P168） 5 C54x软件开发过程（P219） 6 面向DSP的C语言程序设计（P281） 7 C54x片内外设及其应用（P309） 8 应用程序设计（P345） 9 DSP集成开发环境CCS（P392） 10 硬件系统设计
己的地址总线和数据总线，能够同时取指令(来自程序存储 器)和取操作数(来自数据存储器)。 程序存 储器
程序地址 总线PAB 数据地址 总线DAB
CPU
程序数据 总线PDB 图1.2.2 哈佛结构 数据数据 总线DDB
数据存 储器
改进的哈佛结构——采用双存储空间和多条总线，即一条程
序总线和多条数据总线。特点为： ① 允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据,使这些数据可 以由算术运算指令直接调用,增强芯片的灵活性； ② 提供了存储指令的高速缓冲器（cache）和相应的指令,当重 复执行这些指令时,只需读入一次就可连续使用，不需要再次从 程序存储器中读出,从而减少了指令执行作需要的时间。如： TMS320C6200系列的DSP,整个片内程序存储器都可以配制成高 11 速缓冲结构。 退出 2012
T1 时钟 取指令 指令译码 T2 T3 T4
N
N-1 N-2
N+1
N N-1
N+2
N+1 N
N+3
N+2 N+1
取操作数
执行指令
N-3
N-2
N-1
N
13
图1.2.3 四级流水线操作
2012
退出
4．多处理单元
DSP内部一般都包括有多个处理单元，如：
算术逻辑运算单元(ALU) 辅助寄存器运算单元(ARAU)
2012
退出
4
1.2 单片数字信号处理器(DSP芯片)
DSP芯片是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理 器，主要用于实时快速实现各种数字信号处理的算法。 20世纪80年代以前，由于受实现方法的限制,数字信号处理 的理论还不能得到广泛的应用。直到世界上第一块DSP芯片的诞 生，才使理论研究成果广泛应用到实际的系统中，并且推动了新 的理论和应用领域的发展。DSP芯片的诞生及发展对近20年来通 信、计算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。
2012
退出
1
1 绪论
1.1 引言
Digital Signal Digital Signal Processor Processing DSP（数字信号处理）是一门涉及多门学科并广泛应用于 很多科学和工程领域的新兴学科。 数字信号处理包括两个方面的内容: 1．算法的研究 2．数字信号处理的实现 1.1.1 算法的研究 －－如何以最小的运算量和存储器的使用量来完成指定的任务， 如20世纪60年代出现的快速傅里叶变换（FFT），使数字信号处理 技术发生了革命性的变化。近几年来，数字信号处理的理论和方 法得到了迅速的发展，诸如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴 别，信号的调制与解调、加密和解密，信道的辨识与均衡，智能 天线，频谱分析等各种快速算法都成为研究的热点、并取得了长 2 足的进步，为各种实时处理的应用提供了算法基础。 退出 2012
k
x ( n k )
b
k 1NkFra biblioteky (n k )
Convolution
y ( n)
x ( k ) h( n k ) x(n) exp[ j (2 / N )nk]
n 0
N 1
N 1
Discrete Fourier Transform
X (k )
Discrete Cosine Transform
5．硬件配置强 除CUP的多处理单元外，DSP的接口功能也愈来愈强，更易 于完成系统设计。 如多种形式的串行口、主机接口(HPI)、DMA/EDMA (Enhanced Direct Memory Access)控制器、软件控制的等待 状态产生器、锁相环时钟产生器、实现在片仿真符合IEEE 1149.1标准的测试访问口，以及省电方式的管理电路等，使系统 功耗降低。 6．指令周期短 DSP广泛采用亚微米CMOS制造工艺，其运行速度越来 越快。如C54x运行速度可达100 MIPS，即100百万条/秒。 ；C6000的运行速度达到8000 MIPS。
2012
退出
6
第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。
这一时期各DSP制造商不仅使信号处理能力更加完善,而且使 系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降低、 成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上,大大地提高了 数字信号处理能力。这一时期的DSP运算速度可达到单指令周期 10ns左右，可在Windows环境下直接用C语言编程,使用方便灵活 ，使DSP芯片不仅在通信、计算机领域得到了广泛的应用，而且 逐渐渗透到人们日常消费领域。 目前,DSP芯片的发展非常迅速。硬件方面主要是向多处理器 的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容量片 上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驱动能力、外围电路内装化、 低功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台的完善，使 DSP的应用开发更加灵活方便。
用通信接口，使处理器之间可直接对通，应用灵活、使用方便；
17 2012
退出
1.2.3 DSP芯片的分类
1）按用途分类 2） 按数据格式分类
1） 按用途分类
按照用途，可将DSP芯片分为通用型和专用型两大类。 通用型DSP芯片：一般是指可以用指令编程的DSP芯片，
适合于普通的DSP应用，具有可编程性和强大的处理能力，可
2．多总线结构
——多条地址、数据总线，可保证同时进行取指令和多个数据存 取操作，并由辅助寄存器自动增减地址进行寻址，使CPU在一个 机器周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问。总线越多， 在同一时间内实现的操作越多，所完成的功能就越复杂。DSP芯 片都采用多总线结构，大大地提高了DSP的运行速度。
第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）。
－－硬件结构上更适合数字信号处理的要求，能进行硬件乘法、 硬件FFT变换和单指令滤波处理，其单指令周期为80~100ns。 如TI公司的TMS320C20，它是该公司的第二代DSP器件,采 用了CMOS制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为语音 处理、图像硬件处理技术的发展奠定了基础。 20世纪80年代后期，以TI公司的TMS320C30为代表的第三 代DSP芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范围逐 步扩大到通信、计算机领域。 这个时期的器件主要有:TI公司的TMS320C20、30、40、50 系列，Motorola公司的DSP5600、9600系列，AT&T公司的 DSP32等。
2012
F u

c(u ). f ( x).cos u 2 x 1 2N x 0
退出
1.1.2 数字信号处理的实现 实现 方法
1)软件法（计算机高级语言编程、非实时性、算法模拟）