DSP原理及应用第二章DSP的硬件结构总结(精)
DSP原理与应用课件
二、TMS320LF240x概述
TMS320系列DSP：定点TMS320C2000、 TMS320C5000系列，部分TMS320C6000 ， 浮点TMS320C6000
TMS320同一系列产品具有相同的CPU结构， 区别是片内的存储器和片上外设的配置不同，
以满足不同领域的需要。
1、定点数和浮点数介绍
片内有32K字的FLASH程序存储器，1.5K字的 数据/程序RAM，544字的双口RAM(DARAM)和 2K字的单口RAM(SARAM)
两个事件管理器模块（EVA和EVB） 每个EV模块包含2个16位通用定时器，3个
比较单元，3个捕获单元（其中2个具有正交编 码输入电路）。 可扩展总共192K字的程序存储器、数据存储器 和I/O空间。 看门狗定时器模块
（3）Q表示法的16位二进制数的范围：补码表示
例如: 对Q15而言,其能表示的最小负值为:
1.000 0000 0000 0000(补)=-1 其能表示的最大正值为:
0.111 1111 1111 1111 = 2-1 +2-2 +2-3 +2-4 +2-5 +2-6 +2-7 +2-8 +2-9+2-10 +2-11 +2-12 +2-13 +2-14 +2-15 = 1- 2-15
1979年，Intel的Intel 2920是第一块脱离了通用型 微处理器结构的DSP芯片。
1980年，NEC的μPD7720是第一个具有硬件乘法 器的商用DSP芯片。
1982年，Hitachi推出浮点DSP。
1982年，TI推出第一代DSP芯片TMS32010及其 系列产品。
DSP原理与应用 第三版
运算速度 以上。TMS320C6201执行1024点复数FFT运算时间只有66uS。
高度集成化
集滤波、A/D、D/A、ROM、RAM和DSP内核于一体的
运算精度和动态范围
模拟混合式DSP芯片已有较大的发展和应用。 DSP字长从8位已增到64位,累加器长度也增到40位,
开发工具
提高了运算精度。同时,采用超长字指令字(VLIW)结构和
2. TMS320C55x概况
目前C55x系列芯片主要有:
C5501/2(主频300MHz, McBSP,HPI接口), C5503/6/7/9A (主频200MHz, McBSP, HPI,
优点：成本低廉 缺点：性能差、
速度慢
DSP处理器
优点：速度高、大规模生产成本低； 缺点：开发成本高、通用性差。
针对数字信号处理的要求而设计，是数 字信号处理系统设计中采用的主流芯片。 优点：灵活、高速、便于嵌入式应用
7
1.2 DSP芯片简介
1.2.1 DSP芯片的发展历史、现状和趋势 1.2.2 DSP芯片的特点 1.2.3 DSP芯片的分类 1.2.4 DSP芯片的应用领域 1.2.5 选择DSP芯片考虑的因素
可同时进行取指令和多个数据存取操作,使CPU
在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空
采用哈佛结构 间进行访问, 大大地提高了DSP的运行速度。
采用多总线结构
T1
T2
T3
T4
时钟
采用流水线结构
取指令
N
N+1
N+2
N+3
指令译码
N-1
N
N+1
N+2
配有专用的硬件乘法-累加器 取操作数 N-2
DSP硬件系统概述
• 而DSP并行执行上述4个步骤,所以指令周期等于 机器周期.也就是说,上述4步DSP以流水线方式 运行,提高了CPU执行速度.
• 流水线有一个建立的过程,只有在完整的流水线 时,才会发挥DSP最高效率,所以在程序中应尽量 避免破坏流水线.
DSP芯片的厂家
目前世界上生产DSP芯片的公司主要 有TI德州仪器公司,AD美国模拟器件公司 ,Technologics朗讯技术公司和Motorola摩 托罗拉公司四大公司,而TI公司则是世界上 最大的DSP芯片供应商.TMS320系列产品 就是该公司的DSP产品.
德州仪器公司的DSP产品
• DSP器件的应用对象可以分为三类 – 工业控制领域 – 低成本嵌入式应用系统 – 需要用复杂算法对大量数据进行处理 的应用
多总线结构
• 数据、地址和控制总线是微处理器访问各种部 件的基础,我们称之为3总线.
• MCU无论片内还是片外均为三总线结构,而DSP 片内为多总线结构多条数据、地址和控制总线 片外为三总线结构,有的DSP甚至片外也有多条 总线.
多总线结构：片内多条数据、地址和控制总线.
外部地址 总线
外部数 据总线
数字信号处理器的流水线
流水线结构将指令的执行分解为取指、译 码、取操作数和执行等几个阶段
– TMS320C54xx DSP 采用6级流水线 – TMS320C6xxx DSP 采用8级流水线 – TMS320C55xx DSP的流水线分为
• 指令流水线 • 执行流水线
数字信号处理器的其他特点
• 硬件乘法累加单元
• 存储器
– Flash存储器、RAM存储器
• 功耗 – 低工作电压 、休眠或空闲模式 、可编程时钟分 频器 、外围控制
TMS320C55X-dsp原理及应用-汪春梅-第2章
TMS320C55x DSP的基本结构 TMS320VC5509A的主要特性 TMS320C55x 存储空间结构
do
something
C55x与C54x的比较
内容
C54x
C55x
乘法累加器（MAC）
1
2
累加器（ACC）
2
4
读总线
2
3
写总线
1
2
地址总线
4
6
指令字长
16位
8/16/24/32/40/48位
数据字长
16位
16位
算术逻辑单元(ALU)
1（40位）
1（40位）1（16位）
辅助寄存器字长
2字节（16位）
3字节（24位）
辅助寄存器
8
8
存储空间
独立的程序/数据空间
统一的程序/数据空间
数据寄存器
引脚名称
功能说明
CLKR0
McBSP0接收时钟引脚。该引脚作为串口接收器的串行移位时钟引脚
DR0
McBSP0接收数据引脚
FSR0
McBSP0接收帧同步引脚。FSR0发出的脉冲初始化在DR0上接收的数据
CLKX0
McBSP0发送时钟引脚。该引脚作为串口发送器的串行移位时钟引脚
DX0
McBSP0发送数据引脚。在不发送数据、插入RESET信号和当OFF是低电平时，该引脚呈高阻状态
AD
读/修改与数据地址产生有关的寄存器例如：− *ARx+(T0)中的ARx和T0− BK03（如果AR2LC = 1）− SP （pushes和 pops过程中）− SSP, 在 32位栈模式中与对SP的操作一致在A单元的ALU中完成操作，例如： − 使用AADD 指令进行算术运算− 用SWAP指令交换A单元中的寄存器− 向A单元的寄存器写入常量（BKxx，BSAxx， BRCx， CSR，等） 在条件分支指令中ARx 如果不等于0，ARx-1
DSP原理及应用第二章DSP的硬件结构总结(精).doc
DSP原理及应用第二章DSP的硬件结构总结(精)【例2.4.1】累加器A=FF01234567H，执行带移位的STH 和STL指令后，求暂存器T和A的内容。
2.4.3桶形移位寄存器:TMS320C54x的40位桶形移位寄存器主要用于累加器或数据区操作数的定标。
它能将输入数据进行0~31位的左移和0~16位的右移。
所移动的位数可由ST1中的ASM或被指定的暂存器T决定。
1.组成框图①多路选择器MUX:用来选择输入数据。
②符号控制SC:用于对输入数据进行符号位扩展。
③移位寄存器:用来对输入的数据进行定标和移位④写选择电路:用来选择最高有效字和最低有效字。
2．桶形移位寄存器的输入通过多路选择器MUX来选择输入信号。
①取自DB数据总线的16位输入数据；②取自DB和CB扩展数据总线的32位输入数据；③来自累加器A或B的40位输入数据。
3．桶形移位寄存器的输出①输出至ALU的一个输入端；②经写MSW/LSW选择电路输出至EB总线。
4．桶形移位寄存器的功能主要用于格式化操作，为输入的数据定标。
①在进行ALU运算之前，对输入数据进行数据定标；②对累加器进行算术或逻辑移位；③对累加器进行归一化处理；④在累加器的内容存入数据存储器之前，对存储数据进行定标。
2.4.5比较、选择和存储单元CSSUCSSU单元主要完成累加器的高阶位与低阶位之间最大值的比较，即选择累加器中较大的字，并存储在数据存储器中。
工作过程：①比较电路COMP将累加器A或B的高阶位与低阶位进行比较；②比较结果分别送入TRN和TC中，记录比较结果以便程序调试；③比较结果输出至写选择电路，选择较大的数据；④将选择的数据通过总线EB存入指定的存储单元。
例如，CMPS指令可以对累加器的高阶位和低阶位进行比较，并选择较大的数存放在指令所指定的存储单元中。
指令格式：CMPSA，*AR1功能：对累加器A的高16位字（AH）和低16位字（AL）进行比较，若AH>AL，则AH→*AR1，TRN左移1位，0→TRN(0，0→TC；若AH，则AL→*AR1，TRN 左移1位，1→TRN(0，1→TC。
DSP原理及应用(C54X)
第一章绪论1.1 DSP的基本原理数字信号处理（简称DSP）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。
数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字的形式对信号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估算、压缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用。
数字信号处理是以众多学科为理论基础,它所涉及的范围极其广泛。
如数学领域中的微积分、概率统计、随机过程、数字分析等都是数字信号处理的基础工具。
它与网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等密切相关。
DSP可以代表数字信号处理技术（Digital SignalProcessing）,也可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor）。
前者是理论和计算方法上的技术,后者是指实现这些技术的通用或专用可编程微处理器芯片。
数字信号处理包括两个方面的内容:1.法的研究 2．数字信号处理的实现数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。
20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。
在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。
数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。
数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。
数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。
反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。
而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。
数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。
例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。
DSP第2章 'C54x的硬件结构2
2013年8月15日
DSP原理及应用
6
3．工作方式状态寄存器PMST
主要设定和控制处理器的工作方式和存储器的配置，反映 处理器的工作状态。
15~7 6 5 4 AVIS 3 2 1 0 SST
IPTR MP/MC OVLY
DROM CLKOFF SMUL
中 断 向 量 指 针
CPU 工 作 方 式 选 择 位
③ 暂存器SPRAM。
2013年8月15日
DSP原理及应用
14
特殊功能寄存器
功能：主要用于程序的运算处理和寻址方式的选
择和设定。地址范围：0000H~001FH。 外设寄存器 ’C5402的CPU寄存器共有27个，CPU访问这 功能：用来控制片内外设电路的状态和存放数据。 些寄存器时，不需要插入等待时间。 地址范围：0020H~005FH。 包括串行口通信控制寄存器组、定时器定时控 暂存器SPRAM 制寄存器组、时钟周期设定寄存器组等。 功能：用来暂存变量。地址范围：0060H~007FH。
中断屏蔽寄存器 10H 中断标志寄存器 11H 保留 ( 用于测试 ) 12H 保留 ( 用于测试 ) 13H 保留 ( 用于测试 ) 14H 保留 ( 用于测试 ) 15H 状态寄存器0 16H 状态寄存器1 17H 累加器A低字(15~0位) 18H 累加器A高字(31~16位) 19H 累加器A保护位(39~32位) 1AH 累加器B低字(15~0位) 1BH 累加器B高字(31~16位) 1CH 累加器B保护位(39~32位) 1DH 暂存寄存器 1EH DSP原理及应用 状态转移寄存器 1FH
2013年8月15日
存储器映像的CPU寄存器， 存储器映像的外设寄存器 特殊功能寄存器
DSP原理与应用
多核DSP可实现多任务并行处理，适应多种应用场景，如音频、视 频、通信等。
可扩展性与灵活性
多核DSP具备可扩展性，可根据需求进行灵活配置，满足不同性能和 处理能力的要求。
低功耗设计挑战与解决方案
1 2
功耗优化技术
采用先进的功耗管理策略，如动态电压频率调整 （DVFS）、功耗门控等，降低DSP功耗。
发展历程
DSP技术自诞生以来，经历了从理论到实践，从模拟到数字，从硬件到软件的发展历程。随着计算机技术和集成 电路技术的飞速发展，DSP技术也日新月异，应用领域不断拓展。
DSP应用领域
音频处理
DSP在音频处理领域的应用包 括音频压缩、音频合成、音频 识别等。
雷达和声呐
DSP在雷达和声呐领域的应用 包括目标检测、目标跟踪、信 号分析等。
设计方法
数字滤波器的设计方法主 要有窗函数法、频率采样 法和最优化方法等。
滤波器性能评估
滤波器的性能可通过幅频 响应、相频响应、群延迟 等指标进行评估。
FFT算法原理及实现
FFT算法原理
FFT（快速傅里叶变换）是一种高效的计算离散傅里叶变换（DFT）及其逆变换的算法， 它利用了DFT中旋转因子WN的周期性和对称性，将DFT的计算复杂度从O(N^2)降低到 O(NlogN)。
采样定理是DSP的基础，它规定 了采样频率必须大于信号最高频 率的两倍，才能准确地从采样信 号中恢复出原始信号。
量化噪声
在模拟信号转换为数字信号的过 程中，由于量化精度的限制而产 生的误差，表现为一种类似于随 机噪声的信号。
数字滤波器设计原理
01
02
03
滤波器类型
根据滤波器的频率响应特 性，可分为低通、高通、 带通和带阻滤波器等类型 。
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
第3页/共40页
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
第32页/共40页
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课件第二章TMS320LF240x硬件结构
当片内外设产生中断时，CPU响应中断并执行相应的中断服务程序 对片内外设进行操作。
05
TMS320LF240x的电源管理和低功耗
模式
电源管理单元
电源管理单元（PMU）是TMS320LF240x芯片中的一个重要组成部分，负责控制芯 片的电源供应和功耗管理。
PMU包含多个电源域，可独立控制各个电源域的开启和关闭，以实现灵活的功耗管 理。
较
他设备进行数据交换，可配 置为发送或接收模式。
器
比较器用于检测电压或电平 是否达到预设值，输出电平
可配置为高或低，常用于 PWM控制或阈值检测。
看门 狗定 时器
片内外设的访问方式
直接访问
通过特定的寄存器地址直接读写片内外设的控制寄存器和数据寄 存器。
间接访问
通过特定的寄存器地址读写片内外设的控制寄存器来配置片内外设， 再通过数据寄存器进行数据传输。
PMU还具有过压和欠压保护功能，以确保芯片在异常电源条件下能够安全运行。
低功耗模式
TMS320LF240x支持多种低功 耗模式，以便在不需要时降低芯
片功耗。
低功耗模式通过关闭不需要的内 部时钟和电源域来实现功耗降低。
在低功耗模式下，芯片的某些功 能将被禁用，但仍可以响应外部 事件或中断，并在必要时唤醒。
需求。
输入输出电平
02
TMS320LF240x的输入输出电平一般为CMOS电平，能够与
TTL和CMOS电路兼容。
驱动能力
03
TMS320LF240x的驱动能力较强，能够驱动较大规模的外部电
路。
封装形式
• TMS320LF240x的封装形式一般为塑封或陶瓷封装，具体 取决于应用需求和生产厂家。
DSP原理与应用知识总结
上海电力学院题目：DSP原理与应用大报告院系：计算机与信息工程专业年级：2008071学生姓名：王涛学号：20081938TMS320LF240x芯片概述TMS320系列包括：定点、浮点、多处理器数字信号处理器和定点DSP控制器。
TMS320系列DSP的体系结构专为实时信号处理而设计，该系列DSP 控制器将实时处理能力和控制器外设功能集于一身，为控制系统应用提供了一个理想的解决方案。
主要特性：灵活的指令集；内部操作灵活性；高速的运算能力；改进的并行结构；有效的成本。
定点系列TMS320C2000、TMS320C5000，浮点系列TMS320C6000（也有部分是定点DSP）。
TMS320系列同一产品系列中的器件具有相同的CPU结构，但片内存储器和外设的配置不同。
派生的器件集成了新的片内存储器和外设，以满足世界范围内电子市场的不同需求。
通过将存储器和外设集成到控制器内部，TMS320器件减少了系统成本，节省了电路板空间，提高了系统的可靠性。
TMS320LF240x DSP的特点：采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；30MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33ns（30MHz），提高了控制器的实时控制能力。
基于TMS320C2000 DSP的CPU核，保证了TMS320C240x DSP代码和TMS320系列DSP代码的兼容。
片内有32K字的FLASH程序存储器，1.5K字的数据/程序RAM，544字双口RAM（DARAM）和2K字的单口RAM（SARAM）。
两个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括：两个16位通用定时器；8个16位的脉宽调制（PWM）通道。
可扩展的外部存储器（LF2407）总共192K字空间：64K字程序存储器空间；64K字数据存储器空间；64K字I/O寻址空间。
看门狗定时器模块（WDT）。
10位A/D转换器最小转换时间为500ns，可选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16通道输入的A/D转换器。
DSP芯片原理及应用
《DSP芯片原理及应用》实验指导书唐山学院信息工程系DSP实验室2008年9月前言一．DSP原理及应用实验的任务数字信号处理实验是数字信号处理理论课程的一部分，它的任务是：1.通过实验进一步了解和掌握数字信号处理的基本理论及算法、数字信号处理的分析方法和设计方法。
2.学习和掌握数字信号处理的仿真和实现技术。
3.提高应用计算机的能力及水平。
二．实验设备DSP原理及应用实验所使用的设备由计算机、CPU板、语音单元、开关量输入输出单元、液晶显示单元、键盘单元、信号扩展单元、CPLD模块单元、模拟信号源、直流电源单元等组成。
其中计算机是CCS软件的运行环境，是程序编辑和调试的重要工具。
语音单元是语音输入和输出模块，主要完成语音信号的采集和回放。
开关量输入输出单元可以对DSP输入或输出开关量。
液晶显示单元可以对运行结果进行文字和图形的显示。
模拟信号源可以产生频率和幅度可调的正弦波、方波、三角波。
直流电源单元可以提供 3.3V、+5V、-12V和+12V 的直流电源。
装有CCS软件计算机与整个实验系统共同构成整个的DSP软、硬件开发环境。
所有的DSP芯片硬件的实验都是在这套实验装置上完成的。
三．对参加实验学生的要求1.阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确实验目的。
2.按实验指导书要求进行程序设计。
3.在实验中注意观察，记录有关数据和图像，并由指导教师复查后才能结束实验。
4.实验后应断电，整理实验台，恢复到实验前的情况。
5.认真写实验报告，按规定格式做出图表、曲线、并分析实验结果。
字迹要清楚，画曲线要用坐标纸，结论要明确。
爱护实验设备，遵守实验室纪律。
目录第一章DSP原理及应用实验 (3)实验一常用指令实验 (3)实验二数据存储实验 (5)实验三I/O实验 (7)实验四定时器实验 (9)实验五外部中断实验 (11)实验六语音采集回放 (14)实验七语音信号的FFT分析 (18)实验八基于语音信号的IIR算法实验 (20)实验九语音信号的FIR算法实验 (23)第二章DSP CPU挂箱介绍 (26)第一节系统概述 (26)第二节54XB开发模板概述 (26)第一章DSP原理及应用实验实验一常用指令实验一．实验目的1.了解DSP开发系统的组成和结构；2.熟悉DSP开发系统的连接；3.熟悉DSP的开发界面，熟悉CCS的用户界面，学会CCS环境下程序编写、调试、编译、装载，学习如何使用观察窗口。
DSP原理与应用
7．特殊的DSP指令 为了更好地满足数字信号处理应用的需要，在DSP的指令系 统中，设计了一些特殊的DSP指令。例如，重复、位反转、循环 及并行指令，又如C54x中的FIRS和LMS指令，则专门用于系数 对称的FIR滤波器和LMS(Least Mean Square 最小均方)算法。 8．运算精度高 一般DSP的字长为16位、24位、32位。为防止运算过程中 溢出，有的累加器达到40位。此外，一批浮点DSP，例如C3x、 C4x、ADSP21020等，则提供了更大的动态范围。
?
DSP
1.1.1 算法的研究 • 典型的DSP算法
Algorithm Finite Impulse Response Filter Equation
y(n)
a
k 0
M
M
k
x( n k )
Infinite Impulse Response Filter
y(n)
a
k 0
kx ( nຫໍສະໝຸດ k )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 足的进步，为各种实时处理的应用提供了算法基础。
DSP原理及应用第2章ppt课件
精选课件ppt
4
3. 片内存储器
内部配置数量不同的RAM和ROM存 储器，有的芯片还配有闪烁存储器Flash。
利用闪烁存储器存储程序，不仅能降 低成本，减小体积，而且系统升级也比较 方便。
精选课件ppt
5
4. 片内资源配置
DSP芯片资源配置比较灵活。 目前该系列已有10多种不同配置的芯片。
精选课件ppt
累加器32位
输出移位器
16位到数据总线
精选课件ppt
26
移位方法：
左移，移位时高位丢失，低位补0
例：
3 C F 0 F A0 3
累加器： 0011 1100 1111 0000 1111 1010 0000 0101 左移6位：0011 1100 0011 1110 1000 0001 0100 0000
• 12路PWM
• 3路加/减计数器 • 多种比较单元等
• 扩展外设
• ADC/DAC
• 6 EXT-INTERRUPTs、28 GLOBAL I/Os
• 多种通信口
精选课件ppt
11
TMS320C2812:
1) 主频150MHz 核电压1.8V/1.9V Flash 编程电压3.3V 2) CPU ：32位 支持c/c++、汇编语言，可寻址4M空间的 程序和4M空间的数据
6
表1-1 TMS320C2000内部资源配置
TMS320C2000 指令周期 （ns）
片内RAM （字）
C203
25/35/50 544
C204
25/35/50 544
C205
25/35/50 4.5K
F206
25/35/50 4.5K
DSP原理及应用第二章DSP的硬件结构总结(精)
第2章DSP的硬件结构DSP的硬件结构：DSP与标准微处理器有许多共同的地方,都是由CPU、存储器、总线、外设、接口、时钟组成。
从广义上讲，可以说DSP是一种CPU。
但DSP和一般的CPU 又有不同， DSP有自己的一些独特的特点，比如采用哈佛结构、流水线操作、独立的硬件乘法器、独立的DMA总线和控制器等。
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 SecondMFLOPS--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、FFT、相关、矩阵运算等算法中,都有A(kB(n-k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，数据的传递和处理可以独立进行,DMA内部总线与系统总线完全分开，避开了总线使用上的瓶颈。
在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s。
CPU：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。
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。
dsp原理及应用(概论)
4 压缩算法
通过减少信号数据的冗余来降低存储和传输 的需求。
DSP在音频处理中的应用
1
音频合成
使用DSP算法生成人声、音乐等音频信号。
2
降噪
通过滤波等技术减少噪音对音频信号的影响。
3
均衡
调整音频信号的频谱特性，改善音质。
DSP在图像处理中的应用
DSP技术的发展趋势
随着技术的不断发展，DSP算法和硬件的性能将不断提高，应用领域将进一步 扩大，如机器学习、人工智能等。
图像处理
数字信号处理在图像处理中 广泛应用，如图像增强、压 缩、识别等。
通信领域
数字信号处理在通信系统中 扮演重要角色，如数字调制 解调、信号解码等。
常见的DSP算法
1 傅立叶变换
通过将信号从时域转换到频域，可以分析信 号的频谱特性。
2 滤波算法
用于去除噪音、增强信号或提取特定频率的 信号。
3 自适应滤波
dsp原理及应用(概论)
DSP是数字信号处理的缩写，它是一种通过对数字信号进行采样、量化和处理 来实现信号分析和处理的技术。
DSP的定义和原理
数字信号处理是一种处理数字信号的技术，它包括信号的采集、变换、滤波、 编码、解码等处理过程。
DSP的应用领域
音频处理
数字信号处理可以应用于音 频设备，如音频合成、降噪、 均衡等。
1Hale Waihona Puke 图像增强利用滤波、增强算法等技术改善图像的质量和细节。
2
压缩
通过减少图像数据的冗余来降低存储和传输的需求。
3
识别
利用图像处理算法实现图像识别和目标检测。
DSP在通信领域中的应用
DSP技术原理及应用.
TMS320VC5402管脚图
数字信号处理系统的一般组成
X(t) 抗混叠 滤波 A/D 转换 X(n) DSP 芯片 Y(n) D/A 转换 平滑滤波 Y(t)
抗混叠滤波器将输入信号 X(t)中比主要频率高的信号分量滤除， 避免产生信号频谱的混叠现象。 A/D——将输入的模拟信号转换为DSP芯片可接收的数字信号。 DSP芯片——对A/D输出的信号进行某种形式的数字处理。
位数
值
15 S
14 I3
13 I2
12 I1
11
Q11
10
Q10
9
Q9
……. ….
0
Q0
最高位为符号S，接下来的3位为2补码的整数位，高位在前，后 面的12位为2补码小数位。Q12 格式表示数的大致范围为（-8， 7），小数的最小分辨率为2-12 。
Q15(或S0.15) 格式 Q15格式的字长为16位，其每位的具体表示如下：
动态范围小的格式就是整数位数较少如果整数位数比动态范围大的格式少动态范围小的格式就是整数位数较少如果整数位数比动态范围大的格式少位则将动态范围小的数右移位则将动态范围小的数右移k位右端移出去的位右端移出去的k位去掉不要左端进位去掉不要左端进行符号位扩展扩展行符号位扩展扩展k位这样就把动态范围较小的格式的数转换为动态位这样就把动态范围较小的格式的数转换为动态范围较大的格式的数范围较大的格式的数例如例如562506256255625062562556255625和结果和结果625625需要采用需要采用q12q12格式格式才能保证其动态范围若才能保证其动态范围若06250625原来用原来用q15q15格式表示则需要先将他表格式表示则需要先将他表示成q12q12后再进行计算自然最后的结果也为后再进行计算自然最后的结果也为q12q12
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第2章DSP的硬件结构DSP的硬件结构：DSP与标准微处理器有许多共同的地方，都是由CPU、存储器、总线、外设、接口、时钟组成。
从广义上讲，可以说DSP是一种CPU。
但DSP和一般的CPU 又有不同， DSP有自己的一些独特的特点，比如采用哈佛结构、流水线操作、独立的硬件乘法器、独立的DMA总线和控制器等。
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 SecondMFLOPS--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、FFT、相关、矩阵运算等算法中，都有A(kB(n-k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，数据的传递和处理可以独立进行，DMA内部总线与系统总线完全分开，避开了总线使用上的瓶颈。
在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s。
CPU: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.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），来产生所需要的数据地址，节省公共ALU的时间.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’C54x的内部结构:中央处理器CPU 、内部总线控制、特殊功能寄存器、数据存储器RAM 、程序存储器ROM、I/O功能扩展接口、串行口、、主机通信接口HPI、定时系统、中断系统。
各部分的功能：①中央处理器CPU采用了流水线指令执行结构和相应的并行处理结构，可在一个周期内对数据进行高速的算术运算和逻辑运算。
②内部总线结构由一组程序总线、三组数据总线和四组地址总线组成，可在一个指令周期内产生两个数据存储地址，实现流水线并行数据处理。
③特殊功能寄存器共有26个特殊功能寄存器，位于具有特殊功能的RAM区。
主要用来对片内各功能模块进行管理、控制、监视。
④数据存储器RAMDARAM：在一个指令周期内，可对其进行两次存取操作，即一次读出和一次写入；SARAM：在一个指令周期内，只能进行一次存取操作。
⑤程序存储器ROM可由ROM和RAM配置而成，即程序空间可以定义在ROM上，也可以定义在RAM中。
当需要高速运行的程序时，可将片外ROM中的程序调入到片内RAM中，以提高程序的运行速度，降低对外部ROM的速度要求，增强系统的整体抗干扰性能。
⑥ I/O口’C54x共有两个通用I/O引脚（BIO和XF）。
BIO：主要用来监测外部设备的工作状态；XF：用来给外部设备发送信号。
’C54x芯片还配有主机接口（HPI）、同步串行口和64K字I/O空间。
HPI和串行口可以通过设置，用作通用I/O。
64K字的I/O空间可通过外加缓冲器或锁存电路，配合外部I/O读写控制时序构成片外外设的控制电路。
⑦串行口不同型号的’C54x芯片，所配置的串行口功能不同。
可分为4种：单通道同步串行口SP、带缓冲器单通道同步串行口BSP、并行带缓冲器多通道同步串行口McBSP、时分多通道带缓冲器串行口TMD。
⑧主机接口HPIHPI是一个与主机通信的并行接口，主要用于DSP与其它总线或CPU进行通信。
信息可通过’C54x的片内存储器与主机进行数据交换。
不同型号的器件配置不同HPI口，可分为：8位标准HPI接口、8位增强型HPI接口、 16位增强型HPI接口。
⑨定时器定时器是一个软件可编程的计数器，用来产生定时中断。
可通过设置特定的状态来控制定时器的停止、恢复、复位和禁止。
⑩中断系统’C54x的中断系统具有硬件中断和软件中断。
硬件中断：由外围设备信号引起的中断。
分为：片外外设引起的硬件中断；片内外设引起的硬件中断。
软件中断：由程序指令所引起的中断。
中断管理优先级：11~16个固定级。
TMS320C54x的CPU：（1）采用先进的多总线结构，通过1组程序总线、3组数据总线和4组地址总线来实现。
（2）40位算术逻辑运算单元ALU，包括1个40位桶形移位寄存器和2个独立的40位累加器。
（3）17×17位并行乘法器，与40位专用加法器相连,可用于进行非流水线的单周期乘法-累加运算。
（4）比较、选择、存储单元（CSSU），可用于Viterbi译码器的加法-比较-选择运算。
（5）指数编码器，是一个支持单周期指令EXP的专用硬件。
可以在一个周期内计算40位累加器数值的指数。
（6）配有两个地址生成器，包括8个辅助寄存器和2个辅助寄存器算术运算单元（ARAU）。
TMS320C54x的总线结构：TMS320C54x的结构是以8组16位总线为核心，形成了支持高速指令执行的硬件基础。
总线结构：1组程序总线PB、3组数据总线CB、DB、EB、4组地址总线PAB、CAB、DAB、EAB1．程序总线PB主要用来传送取自程序存储器的指令代码和立即操作数。
PB总线既可以将程序空间的操作数据(如系数表送至数据空间的目标地址中，以实现数据移动，也可以将程序空间的操作数据传送乘法器和加法器中，以便执行乘法-累加操作。
2．数据总线CB 、DB和EB3条数据总线分别与不同功能的内部单元相连接。
如：CPU、程序地址产生逻辑PAGEN、数据地址产生逻辑 DAGEN、片内外设和数据存储器等。
CB和DB用来传送从数据存储器读出的数据；EB用来传送写入存储器的数据。
3．地址总线PAB、CAB、DAB和EAB用来提供执行指令所需的地址。
’C54x读/写操作占用总线情况:(3 ALU输入数据的预处理当16位数据存储器操作数通过数据总线DB或CB输入时，ALU将采用两种方式对操作数进行预处理。
①若数据存储器的16位操作数在低16位时，则当SXM=0时，高24位 ( 39~16位用0填充；当SXM=1时，高24位 ( 39~16位扩展为符号位。
②若数据存储器的16位操作数在高16位时，则当SXM=0时，39~32位和15~0位用0填充；当SXM=1时，39~32位扩展为符号位，15~0位置0。
(4 ALU的输出ALU的输出为40位运算结果，通常被送至累加器A或B。
溢出处理:ALU的饱和逻辑可以对运算结果进行溢出处理。
当发生溢出时，将运算结果调整为最大正数（正向溢出）或最小负数（负向溢出）。
当运算结果发生溢出时：①若OVM=0，则对ALU的运算结果不作任何调整，直接送入累加器；②若OVM=1，则对ALU的运行结果进行调整。
当正向溢出时，将32位最大正数00 7FFFFFFFH装入累加器；当负向溢出时，将32位最小负数FF 80000000H装入累加器。
③状态寄存器ST0中与目标累加器相关的溢出标志OVA或OVB被置1。
累加器A和B :’C54x芯片有两个独立的40位累加器A和B，可以作为ALU或(乘法器/加法器MAC的目标寄存器，存放运算结果，也可以作为ALU或MAC的一个输入。
累加器A和B的差别：累加器A中的31-16位可以作为乘法器的一个输入。
1. 累加器结构【例2.4.1】累加器A=FF 0123 4567H，执行带移位的STH和STL指令后，求暂存器T和A的内容。
2.4.3 桶形移位寄存器:TMS320C54x的40位桶形移位寄存器主要用于累加器或数据区操作数的定标。
它能将输入数据进行0~31位的左移和0~16位的右移。
所移动的位数可由ST1中的ASM或被指定的暂存器T决定。
1. 组成框图①多路选择器MUX:用来选择输入数据。
②符号控制SC:用于对输入数据进行符号位扩展。
③移位寄存器:用来对输入的数据进行定标和移位④写选择电路 :用来选择最高有效字和最低有效字。
2．桶形移位寄存器的输入通过多路选择器MUX来选择输入信号。
①取自DB数据总线的16位输入数据；②取自DB和CB扩展数据总线的32位输入数据；③来自累加器A或B的40位输入数据。
3．桶形移位寄存器的输出①输出至ALU的一个输入端；②经写MSW/LSW选择电路输出至EB总线。
4．桶形移位寄存器的功能主要用于格式化操作，为输入的数据定标。
①在进行ALU运算之前，对输入数据进行数据定标；②对累加器进行算术或逻辑移位；③对累加器进行归一化处理；④在累加器的内容存入数据存储器之前，对存储数据进行定标。
2.4.5 比较、选择和存储单元CSSUCSSU单元主要完成累加器的高阶位与低阶位之间最大值的比较，即选择累加器中较大的字，并存储在数据存储器中。
工作过程：①比较电路COMP将累加器A或B的高阶位与低阶位进行比较；②比较结果分别送入TRN和TC中，记录比较结果以便程序调试；③比较结果输出至写选择电路，选择较大的数据；④将选择的数据通过总线EB存入指定的存储单元。
例如，CMPS指令可以对累加器的高阶位和低阶位进行比较，并选择较大的数存放在指令所指定的存储单元中。
指令格式：CMPS A，*AR1功能：对累加器A的高16位字（AH）和低16位字（AL）进行比较，若AH>AL，则AH→*AR1，TRN左移1位，0→TRN(0，0→TC；若AH ，则AL → *AR1 ， TRN 左移 1 位，1 → TRN(0 ，1→TC。
TRN是状态转移寄存器，TC是状态比较寄存器。
指数编码器:指数编码器用于支持单周期指令EXP的专用硬件。
在EXP指令中，求出累加器中的指数值，并能以二进制补码的形式存储在T寄存器中。