DSP第二章DSP芯片的基本结构和特征
DSP芯片
常用芯片
1)电源： TPS73HD3xx，TPS7333，TPS，PT64xx 2)Flash： AM29F400，AM29LV400，SST39VF400 3)SRAM： CY7C1021，CY7C1009，CY7C1049 4)FIFO： CY7C425，CY7C42x5 5)Dual port： CY7C136，CY7C133，CY7C1342 6)SBSRAM： CY7C1329，CY7C1339 7)SDRAM： HY57VBTC 8)CPLD： CY系列，CY系列，CY系列 9)PCI： PCI2040，CY7C 10)USB： AN21xx，CY7C68xxx 11)Codec：TLV320AIC23，TLV320AIC10
面向低功耗、手持设备、无线终端的应用主要有：手机、PDA、GPS、数传电台等。
数字信号处理数字滤波器
数字滤波器的实用型式很多，大略可分为有限冲激响应型和无限冲激响应型两类，可用硬件和软件两种方式 实现。在硬件实现方式中，它由加法器、乘法器等单元所组成，这与电阻器、电感器和电容器所构成的模拟滤波 器完全不同。数字信号处理系统很容易用数字集成电路制成，显示出体积小、稳定性高、可程控等优点。数字滤 波器也可以用软件实现。软件实现方法是借助于通用数字计算机按滤波器的设计算法编出程序进行数字滤波计算。
谢ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ观看
优点缺点
优点
缺点
大规模集成性 稳定性好，精度高 可编程性 高速性能 可嵌入性 接口和集成方便
成本较高 高频时钟的高频干扰 功率消耗较大等
产品应用
DSP芯片广泛应用于数字控制、运动控制方面的应用主要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打印机控制、喷 绘机控制、马达控制、电力系统控制、机器人控制、高精度伺服系统控制、数控机床等。
定时器控制寄存器
专用的硬件乘法器
• 在通用的微处理器中，乘法指令是
由一系列加法来实现的，故需许多 个指令周期来完成 • DSP具有专用的硬件乘法器，乘法可 在一个指令周期内完成
1）多总线结构
2）40位算术逻辑单元（ALU）
3）17×17位并行乘法器
4）比较、选择和存储单元（CSSU） 5）指数编码器 6）两个地址发生器
为了快速实现数字信号处理运算，DSP芯片 一般都采用特殊的硬件结构，正是这种针对运算 的特殊的结构和设计，使它区别于通常的CPU或 MCU(微控制器)。 TMS320系列DSP芯片的主要硬件特点包括：哈 佛结构、流水线操作、多总线、多处理单元、硬 件配置强、耗电省。
DSP芯片的基本结构和特征
DSP芯片的基本结构 哈佛结构 流水线操作 专用的硬件乘法器 特殊的DSP指令 快速的指令周期
11
1B 1C 1D
1E 1E~
REA（块重复结束寄存器） PMST （ 处理器 工作 方式 ） XPC（程序计数器扩展） 保留
辅助寄存器(AR0～AR7)：这8个16位的辅 助寄存器可以由算术逻辑单元(ALU)访 问，也可以由辅助寄存器算术单元(ARAU) 进行修改。它们主要的功能是产生16位的 数据地址，也可以同来作为通用寄存器和 计数器。
暂存器T
1.
2. 3. 4.
为乘法指令或乘/累加指令存放一个乘数； 为带有移位操作的指令（如：ADD ，LD，SUB 等）存放一个动态的移位数； 为BITT指令存放一个动态位地址； 参与EXP指令和NORM指令的操作。
状态转移寄存器TRN
1. 2.
为计算新的测量值存放中间结果； CMPS（比较、选择、存储单元）指令在累加 器高位和低位比较的基础上会修改TRN的内容
DSP 第二章 DSP芯片的基本结构和特征
1．存储器分配 TMS320C25具有4K字的片内程序ROM和544字的片内RAM。 RAM分为三块：B0、B1、B2。其中，B0块（256字）既可 配置为数据存储器（用CNFD指令），也可配置为程序存储器 （用CNFP指令）。其余288字（B1和B2块）只能是数据存储器。 544字的片内RAM可使C25能处理512字的数据阵列，如可进行 256点复数FFT运算，且尚有32字用作中间结果的暂存。 TMS320C25提供片外可直接寻址的程序和数据空间各64K字。 寄存器组包含8个辅助寄存器（AR0~AR7），它们可用作数据 存储器的间接寻址和暂存，从而增加芯片的灵活性和效率。这 些寄存器既可用指令直接寻址，也可用3比特的辅助寄存器指针 （ARP）间接寻址。辅助寄存器和ARP既可从数据存储器装数， 也可装入立即数。寄存器的内容也可存入数据存储器中。辅助 寄存器组与辅助寄存器算术单元（ARAU）相连接，用ARAU访 问信息表无需CALU参与地址操作，这样可让CALU进行其他操 作。
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。 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。如TMS320C30具 有64个字的Cache。进一步提高了运行速度和灵
2.2.4 特殊的DSP指令DSP芯片的另一个特征:特殊的指令。 指令DMOV：它完成数据移位功能。在数字信号处理中， 延迟操作非常重要，这个延迟就是由DMOV来实现的。 指令LTD：它在一个指令周期内完成LT、DMOV和 APAC（将乘法结果加到ACC中 ）三条指令。 指令FIRS:
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芯片的基本结构和特征
A BT 40 40 SXM ACC A 40 MUX AM MAC 输出 U B B 40 MUX 符号控制 Y
40
三、CPU
3.2 累加器
39 … 32 31 BG 保护位 … BH 16 15 … BL 低位字 0
保护
高位字
TMS32C54x累加器ACCB结构
三、CPU
3.2 累加器
.L1 .S1 .M1 .D1 .D2 .M2 .S2 .L2
TigerSHARC
ADSP-TS101 ADSP-TS201 ADSP-TS202 ADSP-TS203
3.2
十、小结
• 首先介绍了 DSP 芯片的基本结构，随后比 较详细地介绍了TI公司的系列DSP芯片的基 本特征，并简要介绍了AD等公司的DSP 芯 片 • 由于 DSP 芯片的发展速度很快，用户在选 用 DSP 芯片时，必须根据市场行情选用生 产厂家主推的产品
SXM
TC (测试比特) ALU CSSU
桶形移位器 40 MSB/LSB 写选择 16 EB15 －EB0
三、CPU
3.4 乘累加单元
CB15 －CB0 DB15 －DB0 PB15 －PB0 T T D A：累加器A A P A D C B：累加器B C ：数据总线CB D：数据总线DB P：程序总线PB 符号控制 17 XM 17 YM A B MUX YA 加法器(40) 0 T：寄存器T 40 40 累加器A 累加器B
运行速度（最高） 内部RAM 串行I/O口 用户程序、数据ROM DMA控制器 存储器宽度 外部中断触发 中断矢量表地址 程序引导
电平/边沿触发可选 电平/边沿触发可选
八、 TI浮点DSP芯片
九、其他DSP芯片
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。
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。
第二章DSP芯片结构和CPU外围电路
第三页，编辑于星期四：一点 七分。
第二章 DSP芯片结构和CPU外围电路
2.1.2 TMS320C55x CPU
CPU有4个功能单元：指令缓冲单元(I单元)，程序流程单元(P单元) ，地址数据流程单元 (A单元)和数据计算单元(D单元)
第十七页，编辑于星期四：一点 七分。
第二章 DSP芯片结构和CPU外围电路
5、DPLL模式控制寄存器CLKMD
(1) BREAKLN为失锁指示(只读) ▪ 0：表示由于某种原因引起PLL失锁；
▪ 1：表示处于锁定状态，或发生对CLKMD寄存器的写操作。
(2) LOCK为锁定模式指示(只读) ▪ 0：表示DPLL处于旁路模式
时钟发生器由一个数字锁相环(DPLL)和一个模式控制寄存器
(CLKMD)组成。
CLKIN pin
DPLL
CLKOUT pin
CLKMD pin
CLKMD 寄存器
第十二页，编辑于星期四：一点 七分。
第二章 DSP芯片结构和CPU外围电路
(3) 两种工作模式(模式控制寄存器标志位的定义)
▪ 若PLL_ENABLE＝0，DPLL工作于旁路(BYPASS)模式。 ▪ 若PLL_ENABLE＝1，DPLL工作于锁定(LOCK)模式。 旁路模式中：DPLL只对输入时钟CLKIN作简单的分频，分频次数由
I单元的立即数和D单元的寄
存器值产生所需的地址，并将 产生地址送到PAB。
第六页，编辑于星期四：一点 七分。
第二章 DSP芯片结构和CPU外围电路
▪ 在程序流程单元中，控制和影响程序地址的寄存器有5类：
DSP课件第2章硬件结构
5、电源
采用高性能静态CMOS技术，供电电压为3.3V。 可用IDLE指令进入低功耗模式。
6、在片仿真接口
具有符合IEEEll49.1标准的在片仿真接口（JTAG）。
7、速度
单周期定点指令的执行时间为50ns、35ns或25ns(20MIPS，28.5MIPS， 或40MIPS)。
2.2 TMS320LF240x的总线结构
INTM：中断模式位
用来允许（INTM=0）或禁止（INTM=1）所有的可屏蔽中断。用 SETC OVM或CLRC OVM可将该位置1或清0。LST指令不影响OVM位。
DP：数据页面指针
当使用直接寻址方式时，DP存放存储器的数据页，DP与指令代 码的最低7位构成16位存储器地址。
数据存储器地址
SARAM的地址可以用于数据存储器和程序存储器。可通过软件配置 为外部存储器或内部SARAM。
SARAM在一个机器周期内只能访问一次。当CPU要求多次访问时， SARAM会向CPU提供一个未准备好的信号，然后在每个周期内执行一次 访问。
闪速存储器（Flash） 是电可擦除的、可编程的、可长期保存数据的存储器。
CPU的基本组成包括： 32位中央算术逻辑运算单元（CALU）； 32位累加器（ACC）；输入与输出数据比例移位器； 16位×16位的乘 法器（MUL）以及乘积比例移位器。
CPU功能结构图
2、输入比例部分
功能：将来自存储器的16位数据左移0~16位送往中央算术逻辑单元 （CALU）。
移位方法：左移后有使用的低位LSB填0，高位MSB填0或用符号 扩展，取决于状态寄存器ST1的符号扩展模式位SXM（D10）。 SXM=0 填0 SXM=1 符号扩展
中央算术逻辑单元
第2章-DSP内核结构及存储器映射
中央算术逻辑单元执行大部分的算术和逻辑运算功能，并且实现大多数 的功能都只要1个时钟周期，这些功能包括：16位加、16位减、布尔逻辑操作、 位测试、移位和循环功能。有关中央算术逻辑单元的结构框图，如下图。
2.1 CPU内部结构
2.1.4 累计器（ACC）
当CALU工作时，会将计算结果送至32位累加器，累计器负责将结果进行 单移位或者循环移位，然后将结果输出到数据定标移位器。
2.2 存储器和I/O空间
❖ I/O空间的访问都可用IN和OUT指令。当用IN或OUT指令时，信号IS将变成有效， 因此可用信号IS作为外围I/O设备的片选信号。访问外部I/O端口与访问程序存储器、 数据存储器复用相同的地址总线和数据总线。数据总线的宽度为16位，若使用8位 的外设，即可使用高8位数据总线，也可使用低8位数据总线，以适应特定应用的 需要。
块模1C令时。L时块，钟K置O钟时芯使进1U且钟片能行后T正且进该锁引需常正入模相脚要运常那块倍输用行运种时频出户；行低钟的C用P当；功，系软U该当耗以数时件位该模使。钟清值位式当A；0/，为值。C当DL清为0转该K时0P0换位的S，时正=值方禁，0常为法0止禁进01是该止时行对模该4，；倍该块模C当频位L时块该K；写钟时O位当1U。钟值。T。引为检脚0
2.2.5 外部存储器接口及其操作
1. 外部存储器接口简介
这 里 以 TMS320LF2407A 为 例 介 绍 外 部 存 储 器 接 口 及 其 操 作 ， TMS320LF2407A包含2K×16位字的SARAM和544×16位字的片上DARAM， 其中DARAM被分成B0、B1和B2三个单元。通过不同的设置，可将SARAM 和DARAM的B0单元用作程序存储器，又可将它们用作数据存储器。当系统 用慢速的程序存储器存放程序时，为提高运行速度，通常将程序放到SARAM 和DARAM的B0单元中；此时这部分RAM映射到程序空间。对于许多应用来 说，仅有的SRAM是不够的，需要进行扩展来作为程序存储器或数据存储器。
DSP基本体系结构和特点
DSP基本体系结构和特点⼀、数字信号处理的优越性 ⽬前，数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)已经成为信号处理技术的主流。
因为与早期的模拟信号相⽐，数字信号处理有着巨⼤的优势。
早期的模拟信号处理主要通过运算放⼤电路进⾏不同的电阻组配实现算术运算，通过电阻、电容的组配实现滤波处理等，其中有⼀个很明显的问题是不灵活、不稳定，参数修改困难，需要采⽤多种阻值、容值的电阻、电容，并通过电⼦开关选通才能修改处理参数；⽽且对周围环境变化的敏感性强，温度、电路噪声等都会造成处理结果的改变。
⽽数字信号处理可以通过软件修改处理参数，因此具有很⼤的灵活性。
由于数字电路采⽤⼚⼆值逻辑，只要环境温度、电路噪声的变化不造成电路逻辑的翻转，数字电路都可以不受影响地完成⼯作，因此具有很好的稳定性。
具体来说，DSP在以下⼀些⽅⾯表现出它的优越性： ⾸先，DSP芯⽚采⽤改进的哈佛结构（Havard structure）。
其主要特点是程序和数据具有独⽴的存储空间，有着各⾃独⽴的程序总线和数据总线，由于可以同时对数据和程序进⾏寻址，⼤⼤地提⾼了数据处理能⼒，⾮常适合于实时的数字信号处理。
TI公司的DSP芯⽚结构是基本哈佛结构的改进类型。
改进之处是在数据总线和程序总线之间进⾏局部的交叉连接。
这⼀改进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。
只要调度好两个独⽴的总线就可使处理能⼒达到最⾼，以实现全速运⾏。
改进的哈佛结构还可使指令存储在⾼速缓存器中(Cache)，省去了从存储器中读取指令的时间，⼤⼤提⾼了运⾏速度。
其次，DSP指令系统是流⽔线操作。
在流⽔线操作中，⼀个任务被分解为若⼲个⼦任务，各个任务可以在执⾏时相互重叠。
DSP指令系统的流⽔线操作是与哈佛结构相配合的，增加了处理器的处理能⼒，把指令周期减⼩到最⼩值，同时也就增加了信号处理器的吞吐量。
以TI 公司的TMS320系列产品为例，第⼀代TMS320处理器(例如TMS320C10)采⽤了⼆级流⽔线操作；第⼆代产品(例如TMS320C25)采⽤了三级流⽔线操作；第三代DSP芯⽚(例如TMS320C30)采⽤了四级流⽔线操作。
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
,
02
St经济 on质 events such on,4 thestate on fir骝 have st on on,:, indentation stastic
03
circuit on,摇头 that circuit toSt stIST,叟 an, Maj that circuit
DSP2
xushufang@
3）C6000系列：C62XX，C67XX，C64X 该系列以高性 能著称，最适合宽带网络和数字影像应用。32bit，其 中：C62XX和C64X是定点系列，C67XX是浮点系列 。该系列提供EMIF扩展存储器接口。该系列只提供 BGA封装，只能制作多层PCB。且功耗较大。同为浮 点系列的C3X中的VC33现在虽非主流产品，但也仍在 广泛使用，但其速度较低，最高在150MIPS。 4）OMAP系列：OMAP处理器集成ARM的命令及控制 功能，另外还提供DSP的低功耗实时信号处理能力， 最适合移动上网设备和多媒体家电。 其他系列的DSP曾经有过风光，但现在都非TI主 推产品了，除了C3X系列外，其他基本处于淘汰阶段 ，如：C3X的浮点系列（C30，C31，C32），C2X和 C5X系列（C20，C25，C50），每个系列的DSP都有 其主要应用领域。
2.1 DSP芯片的基本结构
DSP core （CPU） 存储器 片内外设与专用硬件电路
xushufang@
2.2 ’C54xDSP的主要特点
xushufang@
1.2
TMS 320C 54x
数 字 信 号 处 理 器
围绕8条总线构成的增强型哈佛结构 高度并行和带有专用硬件逻辑的CPU设计 高度专业化的指令系统 模块化结构设计 先进的IC工艺 能降低功耗和提高抗辐射能力的新的静电 设计方法
2. ’C54xDSP主要特性---存储器
xushufang@
1.2
TMS 320C 54x
数 字 信 号 处 理 器
192K字可寻址存储空间(’C548和’C549 中存储空间可扩展至8M字): • 64K字程序存储器 • 64K字数据存储器 • 64K字I/O空间 片内ROM, 可配置为程序/数据存储器 双寻址在片RAM(DARAM) 单寻址在片RAM(SARAM)（’C548和 ’C549）
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允许文本交换的4×12位堆栈 两个间接寻址的辅助寄存器
双通道串行口（TMS32011,TMS320C17/E17） 协处理器接口（TMS320C17/E17） 器件封装：40脚双列直插（DIP）/44脚塑封（PLCC）
h
12
2.3.1.2 TMS320C10 TMS32010采用改进的哈佛结构，即程序和数据
DSP芯片的特征就是有一个专用的硬件乘法器。 在TMS320系列中，由于具有专用的硬件乘法 器，乘法可在一个指令周期内完成。
h
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2.2.4 特殊的DSP指令
DSP芯片的另一个特征:特殊的指令。 指令DMOV：它完成数据移位功能。在数字信号处理中， 延迟操作非常重要，这个延迟就是由DMOV来实现的。
第二章
DSP芯片的基本 结构和特征
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2.1 引 言
可编程DSP芯片是一种具有特殊结构的微处理器。 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。
本章内容：DSP芯片的基本结构，TI公司的各种 DSP芯片的特征及其他公司的DSP芯片的特点。
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CLKOUT1
取指 译码 执行
N N－1 N－2
N＋1 N
N－1
N＋2 N＋1
N
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2.2.3 专用的硬件乘法器
乘法是DSP的重要组成部分。滤波器常常做一 次乘法和一次加法（XY）。乘法速度越快，DSP
处理器的性能就越高。 在通用的微处理器中，乘法指令是由一系列加 法来实现的，故需许多个指令周期来完成。
期使得DSP芯片能够实时实现许多DSP应用。
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2.3 TI定点DSP芯片
TI定点DSP芯片： 经历TMS32010（1982）DSP芯片TMS320C1X、
TMS320C2X/C2XX、TMS320C5X 、TMS320C54X、 TMS320C62X等几代产品，产品的性能价格比不断提高，
应用越来越广泛。
TMS320系列DSP芯片是软件可编程器件：具有通用
微处理器具有的方便灵活的特点。
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2.2.1 哈佛结构 哈佛结构：不同于传统的冯·诺曼（Von 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
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2.2 DSP芯片的基本结构
DSP芯片采用特殊的软硬件结构：快速地实现数字信号处
理运算。
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；
பைடு நூலகம்
（5）快速的指令周期。
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。
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。如TMS320C30具
有64个字的Cache。进一步提高了运行速度和灵
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2.2.2 流水线
DSP芯片广泛采用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。TMS320系列处 理器的流水线深度从2~6级不等。
第一代TMS320处理器采用二级流水线， 第二代采用三级流水线，
而第三代则采用四级流水线。
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TMS320C54X采用六级流水线：
在三级流水线操作中，取指、译码和
执行操作可以独立地处理，这可使指令执 行能完全重叠。在每个指令周期内，三个 不同的指令处于激活状态，每个指令处于 不同的阶段。例如，在第N个指令取指时， 前一个指令即第N-1个指令正在译码，而第 N-2个指令则正在执行。
倍。 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。
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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。
TMS320系列DSP芯片在基本哈佛结构的基础 上作了改进：
空间相互独立。
程序存储器可在片内（1.5K字）或片外（4K 字）。
片内数据RAM为144字。 有四个基本的算术单元：算术逻辑单元（ALU）、
累加器（ACC）、乘法器和移位器。 (1) ALU：32位数据操作的通用算术逻辑单元。 ALU可进行加、减和逻辑运算； (2) ACC：它采用32位字长操作，分高16位和低16 位两部分。处理器提供高16位和低16位的专门指令：
2.3.1 TMS320C1X
2.3.1.1 基本特点 第一代TMS320系列DSP芯片包括：TMS32010、 TMS32011、TMS320C10、 TMS320C15/E15和 TMS320C17/E17。这些芯片的典型工作频率为20MHz。
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第一代DSP芯片的主要特点如下:
指令周期：160ns/200ns/280ns 片内RAM：144字/256字（TMS320C15/E15/C17/E17） 片内ROM：1.5K字/4K字（TMS320C15/C17） 4K字片内程序EPROM（TMS320E15/E17） 4K字外部全速存储器扩展 并行乘法器：乘积为32位 桶形移位器：将数据从存储器移到ALU进行计算时，0～16位左移。
指令LTD：它在一个指令周期内完成LT、DMOV和 APAC（将乘法结果加到ACC中 ）三条指令。
指令FIRS:
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。TMS320系列处理器的指令周期已经 从第一代的200ns降低至现在的20ns 以下。快速的指令周
SACH（高16位）和SACL（低16位）；
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(3) 乘法器：16×16位并行乘法器由三个单 元组成：T寄存器、P寄存器和乘法器阵列。T 寄存器存储被乘数，P寄存器存储32位乘积。
(4) 移位器：有两个移位器可用于数据移位。 一个是桶形移位器，另一个是并行移位器。桶 形移位器又称定标移位器。当数据存储器的数 据送入累加器或与累加器中的数据进行运算时， 先通过这个移位器进行0~16位左移，然后再进 行运算。并行移位器即输出移位器，其作用是 将累加器中的数据左移0、1或4位后再送入数 据存储器中，以实现小数运算或小数乘积的调 整。