基于DSP的交流伺服控制系统
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• 此外，DSP处理器几乎都不具备数据高速缓存。这是因为 DSP的典型数据是数据流。也就是说，DSP处理器对每个数 据样本做计算后，就丢弃了，几乎不再重复使用。
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3） 定点计算
• 大多数DSP使用定点计算，而不是使用浮点。虽然
DSP的应用必须十分注意数字的精确，用浮点来做应 该容易的多，但是对DSP来说，廉价也是非常重要的。 定点机器比起相应的浮点机器来要便宜（而且更快）。 为了不使用浮点机器而又保证数字的准确，DSP处理 器在指令集和硬件方面都支持饱和计算、舍入和移位。
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3
嵌入式处理器的分类
• 微控制器(MCU：Micro-Controller Unit) –即单片机。早期比较流行的处理器，将整个计算机 系统集成到一个芯片中，内部以某种微处理器为核 心，并对ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时器/计 数器、I/O、串行口、A/D转换、D/A转换等必要外 设加以集成。
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• GPP使用控制逻辑来决定哪些数据和指令字存储在片内的 高速缓存里，其程序员并不加以指定（也可能根本不知道）。 与此相反，DSP使用多个片内存储器和多组总线来保证每个 指令周期内存储器的多次访问。在使用DSP时，程序员要明 确地控制哪些数据和指令要存储在片内存储器中。程序员在 写程序时，必须保证处理器能够有效地使用其双总线。
–TI TMS320C30 • 片上系统(System-on-Chip, SoC)
–将重要处理器的内核和各种外围的芯片器件整合在 一起，进一步降低功耗。
–Intel PCA架构；PXA 255
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嵌入式系统的基本组成
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1、DSP与MCU的比较
Single Chip Computer/ Micro Controller Unit（MCU）
• 采用冯.诺依曼结构，程序和数据的存储空间合二而一
• 除通用CPU所具有的ALU和CU，还有存储器（RAM/ROM） 寄存器，时钟，计数器，定时器，串/并口，有的还有 A/D，D/A
• INTEL MCS/48/51/96（98）
• MOTOROLA HCS05/011
DSP
• 采用哈佛结构，程序和数据分开存储
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4） 专门的寻址方式
• DSP处理器往往都支持专门的寻址模式，它们对通 常的信号处理操作和算法是很有用的。例如，模块 （循环）寻址（对实现数字滤波器延时线很有用）、 位倒序寻址（对FFT很有用）。这些非常专门的寻址模 式在GPP中是不常使用的，只有用软件来实现。
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5） 执行时间的预测
同时，为了充分体现专门的乘法-累加硬件的好处， 几乎所有的DSP的指令集都包含有显式的MAC指令。
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2） 存储器结构
传统上，GPP使用冯.诺依曼存储器结构。这种结构中，只 有一个存储器空间通过一组总线（一个地址总线和一个数据 总线）连接到处理器核。通常，做一次乘法会发生4次存储器 访问，用掉至少四个指令周期。
–Intel 8051 • 微处理器(MPU：Micro-Processor Unit)
–必须在电路板上完成嵌入式系统功能。将MPU和其 必要外设装配在一起的电路板称为单板机。
–ARM系列，MIPS
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• 数字信号处理器(DSP: Digital Signal Processor) –对系统结构和指令进行特殊设计，使源自文库适合于执行 DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也快。
7.基于DSP的交流 伺服运动控制系统
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7.1 DSP运动控制系统 7.2 TI TMS320C2xxx 7.3 TMS320C2xxx交流伺服系统
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7.1 DSP运动控制系统
目前，运动控制系统或电动机控制系统的实现方法主要有 以下几种： (1)以模拟电路硬接线方式建立的运动控制系统。 (2)以微控制器为核心的运动控制系统。 (3)在通用计算机上用软件实现的运动控制系统。 (4)利用专用芯片实现的运动控制系统。 (5)用FPGA／CPLD等可编程逻辑器件实现的运动控制系统。 (6)以可编程DSP控制器为核心构成的运动控制系统。
• 大多数的DSP应用（如蜂窝电话和调制解调器）都是严格的 实时应用，所有的处理必须在指定的时间内完成。这就要求 程序员准确地确定每个样本需要多少处理时间。
• 大多数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。这种安排将处理器存贮器的带宽加倍， 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。
• 还有一个问题，即现在典型的高性能GPP实际上已包含两 个片内高速缓存，一个是数据，一个是指令，它们直接连接 到处理器核，以加快运行时的访问速度。从物理上说，这种 片内的双存储器和总线的结构几乎与哈佛结构的一样了。然 而从逻辑上说，两者还是有重要的区别。
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1） 对密集的乘法运算的支持
• GPP不是设计来做密集乘法任务的，即使是一些现
代的GPP，也要求多个指令周期来做一次乘法。而 DSP处理器使用专门的硬件来实现单周期乘法。DSP 处理器还增加了累加器寄存器来处理多个乘积的和。 累加器寄存器通常比其他寄存器宽，增加称为结果bits 的额外bits来避免溢出。
• 采用一系列措施保证数字信号的处理速度，如对FFT的
专门优化
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2、DSP特点
• 多总线：片内多条数据、地址和控制总线 • 流水线执行：多个控制和运算部件并行工作 • 硬件乘法器 • 特殊片上外设：
➢ 软件插入等待电路（便于与慢速设备接口） ➢ 数字锁相电路PLL（有利系统稳定） • 丰富片上存储器类型：RAM、ROM、Flash等 • 丰富片上外部：定时器、异步串口、同步串口、DMA控
制器、HPI接口、A/D和通用I/O口等 • JTAG（Joint Test Action Group）标准测试接口
（IEEE 1149标准接口）:便于对DSP作片上的在线仿真
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采用冯.诺依曼结构的处理器
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采用哈佛结构的DSP处理器
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3） 定点计算
• 大多数DSP使用定点计算，而不是使用浮点。虽然
DSP的应用必须十分注意数字的精确，用浮点来做应 该容易的多，但是对DSP来说，廉价也是非常重要的。 定点机器比起相应的浮点机器来要便宜（而且更快）。 为了不使用浮点机器而又保证数字的准确，DSP处理 器在指令集和硬件方面都支持饱和计算、舍入和移位。
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嵌入式处理器的分类
• 微控制器(MCU：Micro-Controller Unit) –即单片机。早期比较流行的处理器，将整个计算机 系统集成到一个芯片中，内部以某种微处理器为核 心，并对ROM、RAM、总线、总线逻辑、定时器/计 数器、I/O、串行口、A/D转换、D/A转换等必要外 设加以集成。
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• GPP使用控制逻辑来决定哪些数据和指令字存储在片内的 高速缓存里，其程序员并不加以指定（也可能根本不知道）。 与此相反，DSP使用多个片内存储器和多组总线来保证每个 指令周期内存储器的多次访问。在使用DSP时，程序员要明 确地控制哪些数据和指令要存储在片内存储器中。程序员在 写程序时，必须保证处理器能够有效地使用其双总线。
–TI TMS320C30 • 片上系统(System-on-Chip, SoC)
–将重要处理器的内核和各种外围的芯片器件整合在 一起，进一步降低功耗。
–Intel PCA架构；PXA 255
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嵌入式系统的基本组成
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1、DSP与MCU的比较
Single Chip Computer/ Micro Controller Unit（MCU）
• 采用冯.诺依曼结构，程序和数据的存储空间合二而一
• 除通用CPU所具有的ALU和CU，还有存储器（RAM/ROM） 寄存器，时钟，计数器，定时器，串/并口，有的还有 A/D，D/A
• INTEL MCS/48/51/96（98）
• MOTOROLA HCS05/011
DSP
• 采用哈佛结构，程序和数据分开存储
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4） 专门的寻址方式
• DSP处理器往往都支持专门的寻址模式，它们对通 常的信号处理操作和算法是很有用的。例如，模块 （循环）寻址（对实现数字滤波器延时线很有用）、 位倒序寻址（对FFT很有用）。这些非常专门的寻址模 式在GPP中是不常使用的，只有用软件来实现。
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5） 执行时间的预测
同时，为了充分体现专门的乘法-累加硬件的好处， 几乎所有的DSP的指令集都包含有显式的MAC指令。
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2） 存储器结构
传统上，GPP使用冯.诺依曼存储器结构。这种结构中，只 有一个存储器空间通过一组总线（一个地址总线和一个数据 总线）连接到处理器核。通常，做一次乘法会发生4次存储器 访问，用掉至少四个指令周期。
–Intel 8051 • 微处理器(MPU：Micro-Processor Unit)
–必须在电路板上完成嵌入式系统功能。将MPU和其 必要外设装配在一起的电路板称为单板机。
–ARM系列，MIPS
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• 数字信号处理器(DSP: Digital Signal Processor) –对系统结构和指令进行特殊设计，使源自文库适合于执行 DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也快。
7.基于DSP的交流 伺服运动控制系统
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7.1 DSP运动控制系统 7.2 TI TMS320C2xxx 7.3 TMS320C2xxx交流伺服系统
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7.1 DSP运动控制系统
目前，运动控制系统或电动机控制系统的实现方法主要有 以下几种： (1)以模拟电路硬接线方式建立的运动控制系统。 (2)以微控制器为核心的运动控制系统。 (3)在通用计算机上用软件实现的运动控制系统。 (4)利用专用芯片实现的运动控制系统。 (5)用FPGA／CPLD等可编程逻辑器件实现的运动控制系统。 (6)以可编程DSP控制器为核心构成的运动控制系统。
• 大多数的DSP应用（如蜂窝电话和调制解调器）都是严格的 实时应用，所有的处理必须在指定的时间内完成。这就要求 程序员准确地确定每个样本需要多少处理时间。
• 大多数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。这种安排将处理器存贮器的带宽加倍， 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。
• 还有一个问题，即现在典型的高性能GPP实际上已包含两 个片内高速缓存，一个是数据，一个是指令，它们直接连接 到处理器核，以加快运行时的访问速度。从物理上说，这种 片内的双存储器和总线的结构几乎与哈佛结构的一样了。然 而从逻辑上说，两者还是有重要的区别。
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1） 对密集的乘法运算的支持
• GPP不是设计来做密集乘法任务的，即使是一些现
代的GPP，也要求多个指令周期来做一次乘法。而 DSP处理器使用专门的硬件来实现单周期乘法。DSP 处理器还增加了累加器寄存器来处理多个乘积的和。 累加器寄存器通常比其他寄存器宽，增加称为结果bits 的额外bits来避免溢出。
• 采用一系列措施保证数字信号的处理速度，如对FFT的
专门优化
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2、DSP特点
• 多总线：片内多条数据、地址和控制总线 • 流水线执行：多个控制和运算部件并行工作 • 硬件乘法器 • 特殊片上外设：
➢ 软件插入等待电路（便于与慢速设备接口） ➢ 数字锁相电路PLL（有利系统稳定） • 丰富片上存储器类型：RAM、ROM、Flash等 • 丰富片上外部：定时器、异步串口、同步串口、DMA控
制器、HPI接口、A/D和通用I/O口等 • JTAG（Joint Test Action Group）标准测试接口
（IEEE 1149标准接口）:便于对DSP作片上的在线仿真
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采用冯.诺依曼结构的处理器
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11
采用哈佛结构的DSP处理器
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