第1章DSP绪论资料
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DSP原理与应用-课件
多处理器结构
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走信息路 读北邮书
1.2.2 与CPU、MCU、FPGA/CPLD的比较
与CPU、MCU、FPGA/CPLD的比较
尽管微处理器集成度很高，但仍需要较多的外围电路， 使得其性价比、体积、功耗都都比DSP大的多。 但单片机的控制接口种类比DSP多，适用于以控制为主 的模数混合设计，同时在成本上单片机的价格也低的 多。
（4）图形/图像处理：如三维图像变换、模式识别、
图像增强、动画、电子地图等。
（5）自动控制：如机器人控制、自动驾驶、发动机控
制、磁盘控制等。
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封面
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2.1 TMS320C54x的硬件结构特性
2.1.1 TMS320C54X的硬件结构 2.1.2 TMS320C54X的主要特性
走信息路 读北邮书
1.2.1 DSP芯片的特点 1.2.2 与CPU、MCU、FPGA/CPLD的比较 1.2.3 DSP产品简介
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1.1
数字信号处理概述
数字信号处理概述
DSP可以代表数字信号处理技术（Digital Signal Processing），也 可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor
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2.1.2 TMS320C54x的主要特性
1
CPU
2
存储器
3 片内外设
4 指令系统
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2.1.2
CPU
CPU
（1） 先进的多总线结构(1条程序总线、3条数据总线和4
条地址总线)。
（2） 40位算术逻辑运算单元(ALU)。包括1个40位桶形移
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1.2.2 与CPU、MCU、FPGA/CPLD的比较
与CPU、MCU、FPGA/CPLD的比较
尽管微处理器集成度很高，但仍需要较多的外围电路， 使得其性价比、体积、功耗都都比DSP大的多。 但单片机的控制接口种类比DSP多，适用于以控制为主 的模数混合设计，同时在成本上单片机的价格也低的 多。
（4）图形/图像处理：如三维图像变换、模式识别、
图像增强、动画、电子地图等。
（5）自动控制：如机器人控制、自动驾驶、发动机控
制、磁盘控制等。
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2.1 TMS320C54x的硬件结构特性
2.1.1 TMS320C54X的硬件结构 2.1.2 TMS320C54X的主要特性
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1.2.1 DSP芯片的特点 1.2.2 与CPU、MCU、FPGA/CPLD的比较 1.2.3 DSP产品简介
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1.1
数字信号处理概述
数字信号处理概述
DSP可以代表数字信号处理技术（Digital Signal Processing），也 可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor
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2.1.2 TMS320C54x的主要特性
1
CPU
2
存储器
3 片内外设
4 指令系统
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2.1.2
CPU
CPU
（1） 先进的多总线结构(1条程序总线、3条数据总线和4
条地址总线)。
（2） 40位算术逻辑运算单元(ALU)。包括1个40位桶形移
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技术与应用-第一章-绪论PPT课件
2021/6/7
8
1.1 DSP概述
▪ DSP与DSP技术 ▪ DSP技术发展的两个领域 ▪ 数字信号处理的实现方法 ▪ DSP系统的特点
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▪ 1. DSP与DSP技术
☉DSP(Digital Signal 理论和方法。
☉DSP(Digital Signal Processor) ----用于数字信号处理的可编程微处理器。
☉集成方便。因为DSP芯片内除DSP芯片还有一 定的外围电路。
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1.2 可编程DSP芯片
▪ DSP芯片的结构特点 ▪ DSP芯片的分类 ▪ DSP芯片的发展及趋势 ▪ DSP芯片的应用
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▪ 1. DSP芯片的结构特点
（1） 改进的哈佛结构
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（2）多总线结构 多总线结构可以保证在一个机器周期内多次访问程
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▪ 2. DSP技术发展的两个领域
☉理论：数字信号处理的理论和方法近二十年来得到迅 速的发展，为各种实时处理的应用提供了方法基础。 如：声音图像压缩编码，加密解密，调制解调，智能 天线。
☉应用：为了满足市场需求，随着微电子科学与技术的 进 步 ， DSP 的 性 能 在 迅 速 提 高 。 如 ： 时 钟 频 率 达 到 1.1GHZ；处理速度每秒90亿次，32位浮点运算，吞吐 率达到2Gbit/s
序空间和数据空间。
如：TMS320C54x内部有P、C、D、E 4条总线(每条 总线又包括地址总线和数据总线)，可以在一个机器周期 内从程序存储器取1条指令、从数据存储器读2个操作数 和向数据存储器写1个操作数，大大提高了DSP的运行速 度。
《DSP技术与应用》期末复习资料
第1章绪论1. DSP的2种含义：(1). 数字信号处理理论：即数字信号处理（运算），它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。
(2). 数字信号处理器：是一种特别适用于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理、运动控制算法。
2. 采用DSP芯片的数字控制系统具有的显著特点：1）实时性高；2）采样频率高，运算量大。
第2章TMS320x28x的结构1. 哈佛总线结构：程序/数据空间的写操作共用数据总线DWDB，两个操作不能同时进行；从程序空间读(PAB、PRDB)，从数据空间读(DRAB、DRDB)，向数据空间写(DWAB、DWDB)这3个操作可以同时进行。
哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。
可以减轻程序运行时的访存瓶颈。
2. F2812中有些寄存器的内容是受保护的，其目的是为了避免用户程序错误地改变这些寄存器的值。
当受保护后，允许CPU对该寄存器进行读操作，但任何写操作均被忽略。
如果寄存器是EALLOW保护的，在对该寄存器进行写操作前必须首先执行EALLOW 指令使能；而完成后执行EDIS指令则可以禁止写操作。
3. F2812的外部接口（XINTF）采用异步、非复用的扩展总线，与SCI、SPI的区别是什么？F2812的XINTF映射到5个独立的存储空间。
当访问相应的存储空间时，就会产生一个片选信号。
每个空间都可以独立地设置访问建立、有效和跟踪时间，同时还可以通过XREADY信号来与外设的访问速度和时序匹配。
不使用XREADY信号时，2SYSCLKOUT≤访问周期≤54SYSCLKOUT第3章系统控制、中断1. DSP内部时钟：CLKIN、SYSCLKOUT、HSPCLK、LSPCLK之间的关系，包括它们的最大值、默认值等.2. 高速外设（并口）：EVA，EVB，ADCHSPCLK＝SYSCLK/(1～14）75MHz复位后的缺省值为：SYSCLK/23. 低速外设（串口）：SCIA，SCIB，SPI，McBSpLSPCLK＝SYSCLK/(1～14）37.5MHz复位后的缺省值为：SYSCLK/44. CPU定时器和EV中通用定时器的区别？F281×器件上有3个32位CPU定时器（TIMER0/1/2）每个事件管理器包括通用定时器、比较器和PWM单元、捕获单元（CAP）与正交脉冲编码电路（QEP）EV定时器的特点：CPU定时器特点1）计数器字长16位；322）高速外设时钟作为内时钟输入；CPU时钟3）有外部时钟输入引脚（每个EV一个），可用作计数器；仅定时器4）比较寄存器可为QEP、CAP、PWM提供时间基准，触发特定的事件；5）如果不用PWM等功能，可用作通用定时器/计数器。
DSP第一章绪论
厦门大学 通信工程系
数字信号处理实现方法
1.采用大、中小型计算机和微机。 2.用单片机。 3.利用通用DSP芯片 4.利用特殊用途的DSP芯片 也有另一种分法： 1.软件实现法 2.硬件实现法 ＊3.用通用的可编程的数字信号处理器实现法— 是目前重要的数字信号处理实现方法，它即有 硬件实现法实时的优点，又具有软件实现的灵 活性优点。
厦门大学 通信工程系
(5)后置滤波器
把阶梯波形平滑成预期的模拟信号。 以滤除掉不需要的高频分量，生成所需 的模拟信号ya(t).
ya(t)
t
2006版 28
厦门大学 通信工程系
实际数字信号处理系统
实际系统并不一定要包括它的所有框图。 如有些系统只需数字输出，可直接以数字 形式显示或打印，就不需要D/A变换器； 另一些系统的输入就是数字量，因而就不 需要A/D变换器； 纯数字系统则只需要数字信号处理器这一 核心即可。
2006版 5
厦门大学 通信工程系
第一章 绪论
2006版
6
厦门大学 通信工程系
第一节 什么是数字信号 处理
2006版 7
厦门大学 通信工程系
一、数字信号处理(DSP) (Digital Signal Processing，随着信息学科 和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门 新兴学科。是把信号用数字或符号表示成序列， 通过计算机或通用（专用）信号处理设备，用数 字的数值计算方法处理，达到提取有用信息便于 应用的目的。 主要内容：滤波、检测、变换、增强、估计、识 别、参数提取、频谱分析等。
对于DSP:狭义理解可为Digital
Signal Processor 数 字信号处理器。广义理解可为Digital Signal Processing 译为数字信号处理技术。在此我们讨论 的DSP的概念是指广义的理解。
第01章DSP绪论讲述
2019年1月6日
DSP技术及应用
12
第1章 DSP绪论
1.1.1 DSP芯片的发展概况
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、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。 硬件方面发展方向：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。 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。
2019年1月6日 DSP技术及应用 11
第1章 DSP绪论
1.1.1 DSP芯片的发展概况
第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）。 这个时期的DSP器件在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。 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。
DSP技术及应用
冯晓虹 Email：nj_fengxh@
课程简介
课程性质：限选 课时安排：40+8学时 成绩评定：平时＋实验＋期末 教材：
DSP(知识点+思考题)
DSP复习要点第一章绪论1、数的定标：Qn表示。
例如：16进制数2000H=8192，用Q0表示16进制数2000H=0.25，用Q15表示2、‟C54x小数的表示方法：采用2的补码小数；．word 32768 *707／10003、定点算术运算：乘法：解决冗余符号位的办法是在程序中设定状态寄存器STl中的FRCT位为1，让相乘的结果自动左移1位。
第二章CPU结构和存储器设置一、思考题：1、C54x DSP的总线结构有哪些特点？答:TMS320C54x的结构是围绕8组16bit总线建立的。
（1）、一组程序总线(PB)：传送从程序存储器的指令代码和立即数。
（2）、三组数据总线(CB，DB和EB)：连接各种元器件，（3）、四组地址总线（PAB，CAB，DAB和EAB)传送执行指令所需要的地址。
2、C54x DSP的CPU包括哪些单元？答:'C54X 芯片的CPU包括:（1）、40bit的算术逻辑单元（2）、累加器A和B（3）、桶形移位寄存器（4）、乘法器/加法器单元（5）、比较选择和存储单元（6）、指数编码器（7）、CPU状态和控制寄存器（8）、寻址单元。
1）、累加器A和B分为三部分：保护位、高位字、地位字。
保护位保存多余高位，防止溢出。
2）、桶形移位寄存器：将输入数据进行0~31bits的左移（正值）和0~15bits的右移（负值）3）、乘法器/加法器单元：能够在一个周期内完成一次17*17bit的乘法和一次40位的加法4）、比较选择和存储单元：用维比特算法设计的进行加法/比较/选择运算。
5）、CPU状态和控制寄存器：状态寄存器ST0和ST1，由置位指令SSBX和复位指令RSBX控制、处理器模式状态寄存器PMST2-3、简述’C54x DSP的ST1，ST0，PMST的主要功能。
答：’C54x DSP的ST1，ST0，PMST的主要功能是用于设置和查看CPU的工作状态。
•ST0主要反映处理器的寻址要求和计算机的运行状态。
DSP第一章-24页精选文档
驱动能力、外部可扩展的程序和数据空间等等
▲ 价格：量大价格便宜，厂家主推的产品，价格便宜。
四、DSP芯片应用和开发前景
发展
▲ 第一代：1980年左右，Texas Instrument(TI)公司：TMS32019
哈佛结构：Intel公司：2920， 硬件乘法器：AMI公司 S28H； NEC upd7720
到位序指令等
三、DSP芯片类别和使用选择
▲ 按特性分：以工作时钟和指令类型为指标分类 ▲ 按用途分：通用型、专用型DSP芯片 ▲ 按数据格式分：定点、浮点
各厂家还根据DSP芯片的CPU结构和性能将产品分成若干系列
TI公司的TMS320系列DSP芯片是目前最有影响、 最为成功的数字信号处理器，其产品销量一直处于 领先地位，公认为世界DSP霸主。其主要产品为：
多处理芯片
▲ TMSC8X: C80, C82
√ C —— CMOS √ LC —— 3.3V,低功耗, CMOS √ F —— 片内带Flash √ LF —— 3.3V,低功耗,片内带Flash √ A —— 芯片带加密位
三、DSP芯片类别和使用选择
DSP的综合性能指标与芯片的处理器能力、片内、 片外数据传输能了有关。。
√ TI公司著,刘和平等译《TMS320C28X系列DSP指令和编程指南》,清华大学出版社 √ 何书勤，王忠勇，《TMS320C2000系列DSP原理及实用技术》，电子工业出版社 √ 彭启琮，李玉柏，管庆，《DSP技术的发展与应用》，高等教育出版社
二、DSP及其特点
▲ 数字信号处理 —— Digital Signal Processing : DSP 数字信号处理芯片—— Digital Signal Processor : DSPs
▲ 价格：量大价格便宜，厂家主推的产品，价格便宜。
四、DSP芯片应用和开发前景
发展
▲ 第一代：1980年左右，Texas Instrument(TI)公司：TMS32019
哈佛结构：Intel公司：2920， 硬件乘法器：AMI公司 S28H； NEC upd7720
到位序指令等
三、DSP芯片类别和使用选择
▲ 按特性分：以工作时钟和指令类型为指标分类 ▲ 按用途分：通用型、专用型DSP芯片 ▲ 按数据格式分：定点、浮点
各厂家还根据DSP芯片的CPU结构和性能将产品分成若干系列
TI公司的TMS320系列DSP芯片是目前最有影响、 最为成功的数字信号处理器，其产品销量一直处于 领先地位，公认为世界DSP霸主。其主要产品为：
多处理芯片
▲ TMSC8X: C80, C82
√ C —— CMOS √ LC —— 3.3V,低功耗, CMOS √ F —— 片内带Flash √ LF —— 3.3V,低功耗,片内带Flash √ A —— 芯片带加密位
三、DSP芯片类别和使用选择
DSP的综合性能指标与芯片的处理器能力、片内、 片外数据传输能了有关。。
√ TI公司著,刘和平等译《TMS320C28X系列DSP指令和编程指南》,清华大学出版社 √ 何书勤，王忠勇，《TMS320C2000系列DSP原理及实用技术》，电子工业出版社 √ 彭启琮，李玉柏，管庆，《DSP技术的发展与应用》，高等教育出版社
二、DSP及其特点
▲ 数字信号处理 —— Digital Signal Processing : DSP 数字信号处理芯片—— Digital Signal Processor : DSPs
第1章 DSP绪论
36
1.3.3 TMS320C6000系列
高性能系统中使用
– 数字通信 – 图像处理
种类
– C62X – C67X – C64X
37
1.4 DSP系统设计
1.4 .1 DSP系统的设计过程
DSP应用系统的设计过程如图所示。 设计步骤分几个阶段： （1）明确设计任务，确定设计目标 （2）算法模拟，确定性能指标
1、按数据格式分
– 定点 – 浮点
按用途分
– 通用型 – 专用型
25
1.2.3 DSP芯片的发展趋势
1、DSP芯片的发展历程
– 1982年TI公司推出第一代DSP芯片 TMS32010 – 第二代到第六代产品
26
27
第1章 DSP绪论
DSP产品简介
目前，在生产通用DSP的厂家中，最有影响的公
– C24X ，16位，如2407使用较广 – C28X， 32位。（教材P9表所示）。
35
1.3.2 TMS320C5000系列
主要用于通信领域 种类
– C54X，2G手机中使用 – C55X，2.5G手机中使用
应用
– 2G手机组成 – DSP+MCU DSP：算法和协议处理 MCU：用户界面控制，统一管理
教材P15
– 如何估算所需要的DSP速度 – 1）按抽样时钟的周期算 一次算法的时间必须小于样点周期 – 2）按帧周期算 处理1帧所需要的时间必须小于帧周期
42
1.4.3 DSP的开发工具
– 集成开发环境CCS – 硬件开发平台
TI公司提供的仿真器
– 用于下载和硬件实时仿真 – 仿真器：XDS510
1.3.3 TMS320C6000系列
高性能系统中使用
– 数字通信 – 图像处理
种类
– C62X – C67X – C64X
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1.4 DSP系统设计
1.4 .1 DSP系统的设计过程
DSP应用系统的设计过程如图所示。 设计步骤分几个阶段： （1）明确设计任务，确定设计目标 （2）算法模拟，确定性能指标
1、按数据格式分
– 定点 – 浮点
按用途分
– 通用型 – 专用型
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1.2.3 DSP芯片的发展趋势
1、DSP芯片的发展历程
– 1982年TI公司推出第一代DSP芯片 TMS32010 – 第二代到第六代产品
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第1章 DSP绪论
DSP产品简介
目前，在生产通用DSP的厂家中，最有影响的公
– C24X ，16位，如2407使用较广 – C28X， 32位。（教材P9表所示）。
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1.3.2 TMS320C5000系列
主要用于通信领域 种类
– C54X，2G手机中使用 – C55X，2.5G手机中使用
应用
– 2G手机组成 – DSP+MCU DSP：算法和协议处理 MCU：用户界面控制，统一管理
教材P15
– 如何估算所需要的DSP速度 – 1）按抽样时钟的周期算 一次算法的时间必须小于样点周期 – 2）按帧周期算 处理1帧所需要的时间必须小于帧周期
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1.4.3 DSP的开发工具
– 集成开发环境CCS – 硬件开发平台
TI公司提供的仿真器
– 用于下载和硬件实时仿真 – 仿真器：XDS510
第1章DSP绪论
以微电子技术为基础，研究完成数字信号处理算法的专用、 通用处理器结构、提高第1处章D理SP绪器论速度的技术方法、数字信号 处理系统设计与实现方法等。
数字信ຫໍສະໝຸດ 号处理技
术 的
数学
组 成
数字信号处理
算法
第1章DSP绪论
处理器速度的提高得益于：
①器件水平 ②处理器结构 ③并行技术
微电子技术的发展
IC芯片的发展基本上遵循了Intel 公司创始人之一的 Gordon E. Moore 1965年预言的摩尔定律。该定律说： 芯片上可容纳的晶体管数目每18个月便可增加一倍，即 芯片集成度18个月翻一番
意义
在21世纪，数字信号处理是影响科学和工程最强大的技术 之一 它是科学工作者和工程师必须掌握的一门技巧
信号处理：
作用：信号改善；信号检测、估计 方法：信号波形分析；现代谱分析；自适应滤波等等
数字信号处理算法
以数学为基础和工具，研究数字信号处理的数值计算实现
方法，包括算法结构、数值特性。
数字信号处理硬件技术
微电子技术是数字信号处理应用的基础，其技术的 发展为数字信号处理技术水平的提高和应用的深入 提供了不竭的动力。
第1章DSP绪论
第1章DSP绪论
微电子技术的发展
系统集成芯片（System On Chip，SOC）技术
微处理器和微控制器核心； 数字信号处理（DSP） 数字逻辑（包含知识产权核心和定制逻辑）； 精度模拟电路，数字I/O，混合电路； 相关的存储器（如SRAM 或Flash块）； 原型动力（可编程核心）。
第1章DSP绪论
实时系统的概念
实时概念的重新定义：
A real-time system includes embedded system that control things like aircraft, nuclear reactor, chemical power plants, jet engines, and other objects where Something Very Bad will happen if the computer does not deliver its output in time.
数字信ຫໍສະໝຸດ 号处理技
术 的
数学
组 成
数字信号处理
算法
第1章DSP绪论
处理器速度的提高得益于：
①器件水平 ②处理器结构 ③并行技术
微电子技术的发展
IC芯片的发展基本上遵循了Intel 公司创始人之一的 Gordon E. Moore 1965年预言的摩尔定律。该定律说： 芯片上可容纳的晶体管数目每18个月便可增加一倍，即 芯片集成度18个月翻一番
意义
在21世纪，数字信号处理是影响科学和工程最强大的技术 之一 它是科学工作者和工程师必须掌握的一门技巧
信号处理：
作用：信号改善；信号检测、估计 方法：信号波形分析；现代谱分析；自适应滤波等等
数字信号处理算法
以数学为基础和工具，研究数字信号处理的数值计算实现
方法，包括算法结构、数值特性。
数字信号处理硬件技术
微电子技术是数字信号处理应用的基础，其技术的 发展为数字信号处理技术水平的提高和应用的深入 提供了不竭的动力。
第1章DSP绪论
第1章DSP绪论
微电子技术的发展
系统集成芯片（System On Chip，SOC）技术
微处理器和微控制器核心； 数字信号处理（DSP） 数字逻辑（包含知识产权核心和定制逻辑）； 精度模拟电路，数字I/O，混合电路； 相关的存储器（如SRAM 或Flash块）； 原型动力（可编程核心）。
第1章DSP绪论
实时系统的概念
实时概念的重新定义：
A real-time system includes embedded system that control things like aircraft, nuclear reactor, chemical power plants, jet engines, and other objects where Something Very Bad will happen if the computer does not deliver its output in time.
DSP概述第一章
二、DSP芯片的特点
哈佛结构 多总线结构 指令系统的流水线操作 专用的硬件乘法-累加器 特殊的DSP指令 快速的指令周期 硬件配置强 支持多处理器 省电和低功耗
重点
1.哈佛结构 ----程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；具 有更高的指令执行速度。
程序存储器/ 数据存储器 ADB CPU
TMS320C54X是通用可编程16位定点DSP。
四、TMS320系列DSP芯片介绍
TI公司的通用型DSP芯片可归纳为四大系列，即 TMS320C6000DSP平台、TMS320C5000 DSP平台、 TMS320C2000 DSP平台和OMAP嵌入式DSP平台。
第一代：TMS32010及其系列产品（1982年） 第二代：TMS32020、TMS320C25/C26/C28 第三代：TMS320C30/C31/C32 第四代：TMS320C40/C44 第五代：TMS320C50/C51/C52/C53 第六代：TMS320C62x/C64x/C8x 第七代：C54x/ C55x/C67x
N 第一条指令 第二条指令 第三条指令 第四条指令 取指 N+1 译码 取指 N+2 取数 译码 取指 N+3 执行 取数 译码 取指 执行 取数 译码 执行 取数 执行
4.配有专用的硬件乘法-累加器 滤波、FFT和矩阵运算等需要大量乘-累加运算，在 同一时钟周期内可以完成乘、累加两个运算。 5.具有特殊的DSP指令 专门用于完成特殊功能。
原 理 及 应 用
DSP
DSP的硬件结构 ---- TMS320C54x系列 DSP各部件工作原理 DSP的软件结构 软件体系 指令系统 编程方法 ----汇编语言、C语言
DSP绪论
在20世纪80年代出现了专门为数字信号处理设计的 20世纪80年代出现了专门为数字信号处理设计的 世纪80 电子器件，其中以DSP最引人注目。 DSP最引人注目 电子器件，其中以DSP最引人注目。伴随着微电子技术 的突飞猛进，DSP的更新步伐也越来越快 的更新步伐也越来越快， 的突飞猛进，DSP的更新步伐也越来越快，其应用扩展 军事、工业、通信等诸多领域 等诸多领域， 到军事、工业、通信等诸多领域，成为现代化技术的重 要组成部分。 要组成部分。
价格低， 价格低，具有较高的性能和适用控制领域的必要 功能，广泛应用于工业自动化、电机控制、 功能，广泛应用于工业自动化、电机控制、家用电器 和消费电子等领域
TMS320C2 0X C203 C204 C205 F206 F207 C209
某些应用希望提取信号的某些特征。 某些应用希望提取信号的某些特征。 提取信号的某些特征 某些应用希望对信号进行增强处理 某些应用希望对信号进行增强处理
如：语音压缩 如：通信的抗噪声
信号处理主要分为时域分析和频域分析两类。 信号处理主要分为时域分析和频域分析两类。 时域分析 两类
时域分析和频域分析之间的关系由傅立叶变换和 时域分析和频域分析之间的关系由傅立叶变换和 傅立叶变换 反变换联系起来 反变换联系起来
自1980年以来，DSP芯片的运算速度 、乘法器部件 1980年以来，DSP芯片的运算速度 年以来 芯片的 占模片区（ area）、片内RAM ）、片内RAM数量 占模片区（die area）、片内RAM数量 、制造工艺 、 引脚数量得到了突飞猛进的发展 DSP芯片的应用越来 得到了突飞猛进的发展， 引脚数量得到了突飞猛进的发展，DSP芯片的应用越来 越广泛
美国模拟器件公司（ Devices，简称AD AD） 美国模拟器件公司（Analog Devices，简称AD）在DSP 模拟器件公司 芯片市场上也占有一定的份额 其定点DSP芯片有ADSP2101/2103/2105 ASDP2111/2115、 DSP芯片有ADSP2101/2103/2105、 其定点DSP芯片有ADSP2101/2103/2105、ASDP2111/2115、 ADSP2161/2162/2164以及ADSP2171/2181， 以及ADSP2171/2181 ADSP2161/2162/2164以及ADSP2171/2181， 浮点DSP芯片有ADSP21000/21020 ADSP21060/21062等 DSP芯片有ADSP21000/21020、 浮点DSP芯片有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062等 除了TI，AD公司、Motorola公司、LUCENT公司占据剩 除了TI，AD公司、Motorola公司、LUCENT公司占据剩 TI 公司 公司 余市场，现在世界上DSP 300多种 其中定点200 DSP有 多种， 200多种 余市场，现在世界上DSP有300多种，其中定点200多种
DSP绪论,第一章1.1～1.4
澡身浴德 修业及时
和
x ( n ) x1 ( n ) x 2 ( n )
同序列号n的序列值逐项对应相加
积
x ( n ) x1 ( n ) x 2 ( n )
同序列号n的序列值逐项对应相加
澡身浴德 修业及时
累加
y (n)
k
n
x(k )
澡身浴德 修业及时
差分
前向差分：
澡身浴德 修业及时
4、线性移不变系统的性质
交换律 分配率
x ( n ) * h1 ( n ) h 2 ( n ) x ( n ) h1 ( n ) x ( n ) h 2 ( n )
y (n) x(n) * h(n) h(n) * x(n)
结合率
[ x ( n ) * h1 ( n )] * h 2 ( n ) x ( n ) * [ h1 ( n ) * h 2 ( n )]
1）单位抽样序列
0, n 0 (n) 1, n 0
(n)
1
O
1
n
2）单位阶跃序列
u(n)
1 u (n) 0 n 0 n 0
1 O
1 1 23
n
澡身浴德 修业及时
3）矩形序列
1 RN (n) 0 0 n N 1 n 0, n N
节律：<4Hz 的成分；
（深睡）
节律：4Hz～8Hz 的成分； （浅睡）
节律：8Hz～13Hz 的成分； （清醒）
节律：>13Hz 的成分。 （受刺激或思考）
澡身浴德 修业及时
二维信号：
f ( x, y )
视频信号：
DSP原理及应用第1章 绪论
片的种类
3．按用途分 ． 按照DSP芯片的用途来分，可分为通用型 芯片的用途来分， 按照 芯片的用途来分 可分为通用型DSP芯 芯 片和专用型的DSP芯片。通用型 芯片。 片和专用型的 芯片 通用型DSP芯片适合普 芯片适合普 通的DSP应用，如TI公司的一系列 应用， 公司的一系列DSP芯片。专 芯片。 通的 应用 公司的一系列 芯片 用型DSP芯片市为特定的 芯片市为特定的DSP运算而设计，更适 运算而设计， 用型 芯片市为特定的 运算而设计 合特殊的运算，如数字滤波，卷积和FFT等。 合特殊的运算，如数字滤波，卷积和 等
第1章 绪论 章
1.1 数字信号处理概述 1.2 数字信号处理器概述
1.1 数字信号处理概述
1.1.1 数字信号处理系统的构成 1.1.2 数字信号处理的实现 1.1.3 数字信号处理的特点
返回首页
1.1.1 数字信号处理系统的构成
图1-1 典型的数字信号处理系统
返回本节
1.1.2 数字信号处理的实现
（1）在通用的微机上用软件实现。 ）在通用的微机上用软件实现。 芯片来实现。 （2）利用特殊用途的 ）利用特殊用途的DSP芯片来实现。 芯片来实现 3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实 （3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实 现。 用户可编程器件来实现。 （4）用FPGA/CPLD用户可编程器件来实现。 ） 用户可编程器件来实现
返回本节
1.2.3 DSP芯片的主要特点 芯片的主要特点
1．哈佛结构 ． 2．多总线结构 ． 3． 3．指令系统的流水线操作 4．专用的硬件乘法器 ． 5．特殊的 指令(如 ．特殊的DSP指令 如100MIPS) 指令 6．快速的指令周期 ． 7．硬件配置强 ．
时钟 取指 译码 取操作数 执行 N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N
3．按用途分 ． 按照DSP芯片的用途来分，可分为通用型 芯片的用途来分， 按照 芯片的用途来分 可分为通用型DSP芯 芯 片和专用型的DSP芯片。通用型 芯片。 片和专用型的 芯片 通用型DSP芯片适合普 芯片适合普 通的DSP应用，如TI公司的一系列 应用， 公司的一系列DSP芯片。专 芯片。 通的 应用 公司的一系列 芯片 用型DSP芯片市为特定的 芯片市为特定的DSP运算而设计，更适 运算而设计， 用型 芯片市为特定的 运算而设计 合特殊的运算，如数字滤波，卷积和FFT等。 合特殊的运算，如数字滤波，卷积和 等
第1章 绪论 章
1.1 数字信号处理概述 1.2 数字信号处理器概述
1.1 数字信号处理概述
1.1.1 数字信号处理系统的构成 1.1.2 数字信号处理的实现 1.1.3 数字信号处理的特点
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1.1.1 数字信号处理系统的构成
图1-1 典型的数字信号处理系统
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1.1.2 数字信号处理的实现
（1）在通用的微机上用软件实现。 ）在通用的微机上用软件实现。 芯片来实现。 （2）利用特殊用途的 ）利用特殊用途的DSP芯片来实现。 芯片来实现 3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实 （3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实 现。 用户可编程器件来实现。 （4）用FPGA/CPLD用户可编程器件来实现。 ） 用户可编程器件来实现
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1.2.3 DSP芯片的主要特点 芯片的主要特点
1．哈佛结构 ． 2．多总线结构 ． 3． 3．指令系统的流水线操作 4．专用的硬件乘法器 ． 5．特殊的 指令(如 ．特殊的DSP指令 如100MIPS) 指令 6．快速的指令周期 ． 7．硬件配置强 ．
时钟 取指 译码 取操作数 执行 N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N
第一章 绪论-18页PPT资料
够小。
DSP芯片的应用
DSP芯片
➢ TI公司：TMS320 ➢ Analog：ADSP2100 ➢ Motorola：DSP5600 ➢ Lucent：DSP16000
TI公司DSP芯片产量占全世界50%左右，因此本 课程选用TMS320。
DSP芯片的应用
1-2 DSP特点
无论从硬件结构，还是软件指令都是按照有利于 提高信号处理算法运算速度设计的 DSP特点
➢ 第十章 多通道缓冲串行口McBSP 59页
➢ 第十一章 存储器直接操作－DMA 33页
➢ 第十二章 扩展的八位主机接口HPI-8 23页
➢ 第十三章 C54外部总线操作 23页
➢ 第十四章 C5402硬件设计
27页
小计：449页
DSP芯片的应用
1-6 教材 李刚主编，数字信号微处理器的原理与开发，天 津大学出版社，2019
➢ 改进哈佛结构 ➢ 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 ➢ 乘加结构MAC ➢ 存储器直接操作DMA ➢ 数据地址发生器 ➢ 内外设HPI、McBSP等
DSP芯片的应用
1-3 TMS320系列简介
TMS320系列命名法
➢ TMS320C6000 适用于图象处理，复杂通信系统，电子对抗等 定点：C6201，C6202，C6211，C6203，C6205 浮点：C6701，C6711
特点：
片内有八个并行处理单元 二个16位乘法器 片内有1-7M SRAM 四通道自加载DMA 十六位主机接口HPI 芯片最高频率300MHz，处理能力2400MIPS
图 1-1 DSP基本系统
抗混叠滤波器的作用是将输入信号中高于折叠频 率（其值等于采样频率的一半）的分量滤除，以防 止信号频谱的混叠。
DSP芯片的应用
DSP芯片
➢ TI公司：TMS320 ➢ Analog：ADSP2100 ➢ Motorola：DSP5600 ➢ Lucent：DSP16000
TI公司DSP芯片产量占全世界50%左右，因此本 课程选用TMS320。
DSP芯片的应用
1-2 DSP特点
无论从硬件结构，还是软件指令都是按照有利于 提高信号处理算法运算速度设计的 DSP特点
➢ 第十章 多通道缓冲串行口McBSP 59页
➢ 第十一章 存储器直接操作－DMA 33页
➢ 第十二章 扩展的八位主机接口HPI-8 23页
➢ 第十三章 C54外部总线操作 23页
➢ 第十四章 C5402硬件设计
27页
小计：449页
DSP芯片的应用
1-6 教材 李刚主编，数字信号微处理器的原理与开发，天 津大学出版社，2019
➢ 改进哈佛结构 ➢ 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 ➢ 乘加结构MAC ➢ 存储器直接操作DMA ➢ 数据地址发生器 ➢ 内外设HPI、McBSP等
DSP芯片的应用
1-3 TMS320系列简介
TMS320系列命名法
➢ TMS320C6000 适用于图象处理，复杂通信系统，电子对抗等 定点：C6201，C6202，C6211，C6203，C6205 浮点：C6701，C6711
特点：
片内有八个并行处理单元 二个16位乘法器 片内有1-7M SRAM 四通道自加载DMA 十六位主机接口HPI 芯片最高频率300MHz，处理能力2400MIPS
图 1-1 DSP基本系统
抗混叠滤波器的作用是将输入信号中高于折叠频 率（其值等于采样频率的一半）的分量滤除，以防 止信号频谱的混叠。
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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
2020年11月10日
DSP原理及应用
4
第1章 DSP绪论
数字信号处理的实现方法
① 在通用计算机上用软件（如C语言）实现 ② 在通用计算机系统中加上专用的加速处理器实现 ③ 用通用的单片机实现 ④ 用①③⑤通在用通单专用用片用的计机的可算实D编S机现P程芯（，D片用PCS实于机P现不芯），太上片可复用实用杂软现在的件要数（求字如信信F号o号rt处处ra理理n、速。C度不语极适 言合快⑤）于的实以特用现乘殊专，法场用但合-累的速，加D度如运S慢专算P，用芯为不于主片适F的实F合T密现、实集数时型字数D滤字SP波信算、号法卷处；积理、，相只关用算于法算的
2020年11月10日
DSP原理及应用
3
第1章 DSP绪论
DSP可以代表数字信号处理技术（Digital Signal Processing）,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。
2020年11月10日
DSP原理及应用
10
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 （2）哈佛（Harvard）结构
控制命令
地址线
程序总线
程序存储器
CPU
控制命令 地址线
数据总线
数据存储器
2020年11月10日
DSP原理及应用
11
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 （3）改进型的哈佛结构
改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线，即 一条程序总线和多条数据总线。其特点如下：
性领强域，中应处用于受主到导限地制位；
2020年11月10日
DSP原理及应用
5
第1章 DSP绪论
1.2 可编程DSP芯片 1.DSP芯片的发展概况
DSP芯片诞生于20世纪70年代末，至今已经得到 了突飞猛进的发展，并经历了以下三个阶段。
第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年前后）。 第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）。 第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）。
① 从程序存储器中取一条指令； ② 从数据存储器中读两个操作数； ③ 向数据存储器写一个操作数。
2020年11月10日
DSP原理及应用
13
第1章 DSP绪论
DSP原理及应用
三系通信工程教研室 田爱君
2020年11月10日
DSP原理及应用
1
第1章 DSP绪论
1.1 数字信号处理概述 1.2 可编程DSP芯片 1.3 DSP系统 1.4 DSP产品简介
2020年11月10日
DSP原理及应用
2
第1章 DSP绪论
1.1 数字信号处理概述
数字信号处理（简称DSP）是一门涉及多门学科并广泛应
2020年11月10日
DSP原理及应用
12
第1章 DSP绪论
1.2.2 DSP芯片的特点
2．采用多总线结构
DSP芯片都采用多总线结构，可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，大大地提高了DSP的运行速度。如：TMS320C54x系列 内部有P、C、D、E等4组总线，每组总线中都有地址总线和 数据总线，这样在一个机器周期内可SP原理及应用
6
第1章 DSP绪论
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．采用哈佛结构
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。
2020年11月10日
DSP原理及应用
8
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 (1) 冯·诺伊曼（Von Neuman）结构
控制命令
CPU
地址线 数据线
程序存储器 数据存储器
2020年11月10日
DSP原理及应用
9
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 （2）哈佛（Harvard）结构
该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分 开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独 立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、 指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处 理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处 理。微处理器的哈佛结构如图1.2.2所示。
法的模拟；
以的D需⑥S增处编P芯强理程用②④片运能，基在用，算力但通通于相能，专用用通应力可用计的用的和完性算可信提D成强机编S号高复，系程P处运杂应核统D理算的用S中的P算速数受芯加A法度字到片入S由。信限I实专C内不号制现用芯部适处；，的片硬合理具加件实于的有速电嵌算现可处路入法。编理实式，程机现应在性实。用实和现用，时强，户专D大用S无用P
DSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构 或改进的哈佛结构,比传统处理器的冯·诺伊曼结构有更快的 指令执行速度。
2020年11月10日
DSP原理及应用
7
第1章 DSP绪论
1．采用哈佛结构 (1) 冯·诺伊曼（Von Neuman）结构
该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个 存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作 数都是通过一条总线分时进行。
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 器都可以配制成高速缓冲结构。