最新0004：DSP原理及应用——第2章DSP芯片的硬件结构21—23节讲稿
DSP原理及应用第二章
05
数字信号处理器（DSP）芯片
DSP芯片概述
数字信号处理器是一种专用的微 处理器，用于对数字信号进行高
速实时处理。
它广泛应用于通信、雷达、声呐、 语音处理、图像处理、控制系统
等领域。
DSP芯片具有高度的可编程性， 可以根据需要进行软件编程，实
现各种数字信号处理算法。
TI公司的DSP芯片系列
TI公司是全球最大的DSP芯片供 应商之一，其产品线包括
硬件测试与验证
对实现的硬件进行测试和验证，确保其性能和功能符合设计要求。
实时信号处理系统的软件实现
软件算法选择
根据实时信号处理的需求，选择合适的软件算法和编程语言。
软件优化
对软件算法进行优化，以提高处理速度和降低资源占用，满足实 时性要求。
软件测试与验证
对实现的软件进行测试和验证，确保其性能和功能符合设计要求。
03
可重构计算
04
可重构计算技术可以根据不同的 应用需求动态地改变硬件结构， 提高计算效率和灵活性。未来数 字信号处理系统需要更多地利用 可重构计算技术，以适应不断变 化的应用需求。
人工智能与机器学 习
人工智能和机器学习技术在数字 信号处理领域的应用越来越广泛 。未来需要进一步研究如何将人 工智能和机器学习技术与数字信 号处理技术相结合，以实现更智 能、更高效的信号处理。
C2000、C6000和TMS320系 列等。
C2000系列适用于低成本、低 功耗的嵌入式应用，如电机控
制和语音处理。
C6000系列适用于高性能的数 字信号处理应用，如雷达和图 像处理。
TMS320系列是TI公司最早的 DSP芯片系列，广泛应用于音 频和语音处理领域。
其他公司的DSP芯片系列
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.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。
DSP原理与应用-课件
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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。
第2章DSP芯片的基本结构和特征-28页精选文档
第2章DSP芯片的基本结构和特征2.1 引言可编程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。
本章将首先介绍DSP芯片的基本结构，然后介绍TI公司的各种DSP芯片的特征，最后简要介绍其他公司的DSP芯片的特点。
2.2 DSP芯片的基本结构为了快速地实现数字信号处理运算，DSP芯片一般都采用特殊的软硬件结构。
下面以TMS320系列为例介绍DSP芯片的基本结构。
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；（5）快速的指令周期。
这些特点使得TMS320系列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。
由于TMS320系列DSP芯片是软件可编程器件，因此具有通用微处理器具有的方便灵活的特点。
下面分别介绍这些特点是如何在TMS320系列DSP芯片中应用并使得芯片的功能得到加强的。
2.2.1 哈佛结构哈佛结构是不同于传统的冯·诺曼（V on 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倍。
而冯·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。
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。
为了进一步提高运行速度和灵活性，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。
dsp芯片的原理与开发应用课件
DSP芯片的原理与开发应用课件1. 什么是DSP芯片DSP芯片（Digital Signal Processing Chip）是一种专门用于数字信号处理的集成电路芯片。
它具有强大的计算能力和高速处理速度，广泛应用于音频信号处理、图像处理、通信系统、雷达信号处理等领域。
2. DSP芯片的工作原理DSP芯片通过高效的算法和硬件加速器，对输入的数字信号进行采样、压缩、编码、滤波、频谱分析、解调、解码等处理，得到所需的输出信号。
其工作原理大致如下：1.信号采样：DSP芯片将输入的连续模拟信号通过采样电路转换为离散数字信号。
2.数字信号处理：DSP芯片使用内置的运算器和指令集，对采样到的数字信号进行各种算法处理，如滤波、频域变换、时域变换等。
3.运算加速：为了提高处理速度，DSP芯片通常配备专门的硬件加速器，如DSP协处理器、FPGA等，来协助完成复杂的计算任务。
4.输出处理：处理后的数字信号经过解码、解调等步骤后，再通过解调电路将其还原为模拟信号，输出到外部设备或其他系统中。
3. DSP芯片的开发应用3.1 音频信号处理DSP芯片在音频领域的应用非常广泛，可以用于音频编解码、音效处理、语音识别等。
通过采用各种数字算法，DSP芯片可以实现高质量音频信号处理和实时音效增强，提升用户体验。
在音频编解码方面，DSP芯片支持各种音频格式的解码和编码，如MP3、AAC、WAV等。
通过对音频信号进行压缩和解压缩，可以有效减小音频文件的大小，提高存储和传输效率。
3.2 图像处理DSP芯片在图像处理领域的应用日益重要。
利用DSP芯片的高速计算能力和并行处理能力，可以实现图像的滤波、边缘检测、图像增强、图像压缩等功能。
图像处理算法包括傅里叶变换、离散余弦变换、边缘检测、图像分割等。
这些算法可以在DSP芯片上进行高效的实现，帮助用户快速获得满足各种图像处理需求的结果。
3.3 通信系统DSP芯片在通信系统中起到了关键作用。
通信系统中需要对信号进行调制、解调、滤波、编解码等处理。
DSP原理及应用 第二章
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2.2 TMS320C54x的总线结构 的总线结构 2．数据总线CB 、DB和EB 数据总线CB DB和 3条数据总线分别与不同功能的内部单元相连接。 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 CPU、 程序地址产生逻辑 产生逻辑PAGEN 、 产生逻辑 DAGEN、片内外设和数据存储器等。 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； CB和DB用来传送从数据存储器读出的数据 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。 EB用来传送写入存储器的数据 用来传送写入存储器的数据。 3．地址总线PAB、CAB、DAB和EAB 地址总线PAB、CAB、DAB和 用来提供执行指令所需的地址。 用来提供执行指令所需的地址。
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2.1 TMS320C54x的特点和硬件组成框图 TMS320C54x的特点和硬件组成框图
TMS320 54x 简称C54x TMS320C54x（简称C54x）是TI公司为实现 320C TI公司为实现 低功耗、高速实时信号处理而专门设计的 位定点 低功耗、高速实时信号处理而专门设计的16位定点 而专门设计的16 数字信号处理器，采用改进的哈佛结构，具有高度 数字信号处理器，采用改进的哈佛结构 具有高度 哈佛结构， 的操作灵活性和运行速度， 的操作灵活性和运行速度，适应于远程通信等实时 嵌入式应用的需要，现已广泛地应用于无线电通信 嵌入式应用的需要， 系统中。 系统中。
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2.2 TMS320C54x的总线结构 的总线结构 1．程序总线PB 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。 操作数。 PB总线既可以将程序空间的操作数据(如系数表) PB总线既可以将程序空间的操作数据 如系数表) 总线既可以将程序空间的操作数据( 送至数据空间的目标地址中，以实现数据移动， 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。 便执行乘法-累加操作。
DSP技术原理及应用(课件)
DSP的分类
⑵ 按数据格式分：DSP对数据的处理有两种格式：定点数据格式 和浮点数据格式。
①定点DSP芯片：数据以定点格式参加运算。 ②浮点DSP芯片：数据以浮点格式参加运算。不同浮点DSP所 采用的浮点格式可能不同。
⑶按用途分： ①通用型：适合普通的DSP应用。 ②专用型：为特定的功能、运算而设计的。如数字滤波、卷 积、FFT等。如TMS320C24x适合自动控制；MOTOLORA公 司的DSP56200专用于数字滤波。
滤 波
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。 D/A——经过DSP芯片处理的数字样值经D/A转换为模拟量，然 后进行平滑滤波得到连续的模拟信号。
DSP的分类
DSP的分类有三种方式：按基础特性分、按数据格式分、按用途分
⑴按基础特性分：DSP芯片的工作时钟（主频）和指令类型
①静态DSP芯片：该类型在某时钟频率范围内都能正常工作，除计 算速度有变化外，没有性能上的下降。如日本OKI电器公司的DSP 和TI公司的TMS320C2XX系列；
②一致性DSP：两种或更多的DSP芯片，其指令集、机器代码及管 脚结构相互兼容。如美国TI公司的TMS320C54X。
时钟 取指
N N+1 N+2 N+3
如四级流水线的操作图： 译码
N-1
N
N+1 N+2
取操作数
N-2 N-1
N
N+1
执行
N-3 N-2 N-1 N
利用这种流水线结构，加上执行重复操作，保证了数字信号处 理中用得最多的乘法累加运算可以在单个指令周期内完成。
0004：DSP原理及应用——第2章DSP芯片的硬件结构21—23节讲稿
3．控制引脚 HOLDA：响应控制存储器请求信号；
MSC：微状态完成信号；
IAQ：中断请求信号；
IACK：中断响应信号；
MP/MC：DSP工作方式选择信号；
INT0、INT1、INT2、INT3：外部中断请求信号。
NMI：非屏蔽中断。
《DSP原理及应用》 成都理工大学工程技T术M 学院 石坚
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
电源电路一
《DSP原理及应用》 成都理工大学工程技T术M 学院 石坚
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
电源电路二
+5 V
4
N C G ND
1
3
IN O UT
2
C6
C7
A S11 17 -3.3
0. 1u
0. 1u
10 uF
3. 3V 10 uF
● 2.5V电压的器件，其速度可达到100MIPS， 指令周期时间为10ns。
● 1.8V电压的器件，其速度可达到200MIPS， 每个核的指令周期时间为10ns。
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
2.2.2 ’ C54x的引脚功能
中央处理器CPU 内部总线控制
I/O功能扩展接口 串行口
特殊功能寄存器 数据存储器RAM 程序存储器ROM
主机通信接口HPI 定时系统 中断系统
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
系统
DSP原理与应用-课件
第6章 TMS320C54x片内外设
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走走信信息息路路 读读北北邮邮书书
《 DSP原理与应用》课件
第1章 绪论
第2章 TMS320C54x硬件系统
第3章 TMS320C54x指令系5统.1 CCS主要功能 5.2 CCS的安装和设置
第4章 TMS320C54x的软件5开.3发CCS的使用
《 DSP原理与应用》课件
第1章 绪论 第2章 TMS320C54x硬件系统 第3章 TMS320C54x指令系统 第4章 TMS320C54x的软件开发
第5章 CCS集成开发软件 第6章 TMS320C54x片内外设
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《 DSP原理与应用》课件
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
第1章 绪论
第2章 TMS320C54x硬件系统
1.1 数字信号处理概述 1.2 可编程DSP芯片 1.3 DSP芯片的发展及应用
第3章 TMS320C54x指令系统 第4章 TMS320C54x的软件开发 第5章 CCS集成开发软件
第6章 TMS320C54x片内外设
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FPGA/CPLD进行各种数字信号处理混合功能实现就不如 DSP，进行复杂运算如解方程或浮点数据处理也不行
DSP原理及应用第二章
’C54x的主要特性 2.2.2 ’C54x的引脚功能
2.2.1 ’C54x的主要特性
1.CPU
先进的多总线结构。 40位算术逻辑运算单元（ALU）。 17 位×17位并行乘法器与 40位专用加法器相连。 比较、选择、存储单元（CSSU）。 指数编码器可以在单个周期内计算 40位累加器 中数值的指数。 双地址生成器包括 8 个辅助寄存器和两个辅助 寄存器算术运算单元（ARAU）。
I/O口：BIO用来监测外设，XF向外设发送信号。 主机接口HPI：用于和其他总线或CPU通信。 定时器：产生定时中断。 中断系统：分为硬件中断和软件中断，不同型号的 DSP配置不同。
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串行口：分 4 种，分别为 SP 、 BSP 、 McBSP 、 TMD 。
2.2 ’C54x的主要特性和外部引脚
2.存储器
64 K字程序存储器、64 K字数据存储器以及64 K字 I/O空间。在 C548 、 C549、 C5402、 C5410 和C5420中程序存储器可以扩展。
片内ROM可配置成程序存储器和数据存储器。
片内RAM分为单寻址RAM和双寻址RAM。
3.指令系统
单指令重复和块指令重复操作。 块存储器传送指令。 32位长操作数指令。 同时读入2个或3个操作数的指令。 并行存储和并行加载的算术指令。 条件存储指令。 中断快速返回指令。
成：程序空间、数据空间和I/O空间。 程序存储器空间包括程序指令和程序中所需的常 数表格；数据存储器空间用于存储需要程序处理 的数据或程序处理后的结果；I/O空间用于与外
部存储器映象的外设接口，也可以用于扩展外部
数据存储空间。
DSP
Why digital?
（5）可获得高性能指标 ） 由于数字信号处理的特点，可获得高性能指标。 由于数字信号处理的特点，可获得高性能指标。 例如， 例如，模拟频谱仪在频率低端只能分析到 10Hz以上的频率，且难于做到高分辨率（足 以上的频率， 以上的频率 且难于做到高分辨率（ 够窄的带宽）。但在数字的谱分析中， ）。但在数字的谱分析中 够窄的带宽）。但在数字的谱分析中，已能做 的谱分析。 到10-3Hz的谱分析。又如，有限长冲激响应数 的谱分析 又如， 字滤波器可实现准确的线性相位特性，而这在 字滤波器可实现准确的线性相位特性， 模拟系统中是很难达到的。 模拟系统中是很难达到的。
Digital Camera
汽车多媒体系统
DVD(Digital Video Disc)
语音噪声消除
图像噪声去除
飞机驾驶模拟器
GPS(Global Position System)
Radar/Sonar
Cruise missile
Pattern recognization
Fingerprint distinguish
数字信号处理的实现
在通用计算机上用软件来实现 在通用计算机中加入专用的加速处理机实现 用单片机来实现 用通用的可编程DSP芯片实现 用通用的可编程DSP芯片实现 用专用的DSP芯片实现 用专用的DSP芯片实现 用基于通用DSP核的 用基于通用DSP核的ASIC芯片实现 核的ASIC芯片实现
Why digital?
Digital Signal Processing
数字信号处理
Digital Signal Processor
数字信号处理器
算法的研究
算法的研究是指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， 世纪60年代 的使用量来完成指定的任务，如20世纪 年代 世纪 出现的快速傅立叶变换（FFT），使数字信号 出现的快速傅立叶变换（ ），使数字信号 ）， 处理技术发生了革命性的变化。近几年来， 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以了迅速的发展， 字信号处理的理论和方法得以了迅速的发展， 并取得了很大的进步， 并取得了很大的进步，为各种实时处理的应用 提供了算法基础。 提供了算法基础。
DSP原理与应第二章 共105页
第2章 TMS320C54x的硬件结 构
ALU的功能框图
CB15~CB0
T CB
DB15~DB0
A
MUX
DS
MUX
桶形移位 器输出
A
B
MUX
A MAC输出 M
B U
SXM 符号ctr
符号ctr SXM
Y
X
ALU
OVM C16 C OVA/OVB ZA/ZB TC
第2章 TMS320C54x的硬件结 构
2.1 ’C54x的基本结 构1. ’C54x的主要优点
① 围绕1组程序总线、3组数据总线和4组地址总 线而建立的改进哈佛结构，提高了系统的多功能性和 操作的灵活性。
② 具有高度并行性和专用硬件逻辑的CPU设计， 提高了芯片的性能。
③ 具有完善的寻址方式和高度专业化指令系统, 更适应于快速算法的实现和高级语言编程的优化。
⑥ 采用先进的静态设计技术，进一步降低了功 ③ 具有完善的寻址方式和高度专业化指令系统, 更耗适，应使于芯快片速具算有法更的强实的现应和用高能级力语。言编程的优化。
第2章 TMS320C54x的硬件结 构
2. ’C54x的内部结构
TMS320C54x的组成
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
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。
第2章 TMS320C54x的硬件结 构
3．进位位C ALU有一个与运算结果有关的进位位C，位于
2．溢出处理 ALU的饱和逻辑可以对运算结果进行溢出处理
DSP原理及应用第2章ppt课件
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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。
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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。
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累加器32位
输出移位器
16位到数据总线
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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
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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原理及应用课件ppt演示文稿
条件存储指令。 从中断快速返回指令。
第五页，共52页。
在片外围电路（如图2-1所示） 软件可编程等待状态发生器。 可编程分区转换逻辑电路。 带有内部振荡器。 外部总线关断控制，以断开外部的数据总线、地
址总线和控制信号。 数据总线具有总线保持器特性。 可编程定时器。并行主机接口（HPl）。
第六页，共52页。
电源 可用IDLEl、IDLE2和IDLE3指令控制功耗，以工
作在省电方式。 可以控制关断CLKOUT输出信号。
第七页，共52页。
在片仿真接口 具 有 符 合 IEEEll49.1 标 准 的 在 片 仿 真 接 口
（JTAG）。 速度 单周期定点指令的执行时间为25/20/15/12.5/10-
第三十三页，共52页。
15～13
12 11 10 9
ARP
TC C OV OV
AB
8～0 DP
图2-9 状态寄存器ST0位结构
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表2-2 状态寄存器ST0
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15 14 13 12 11 10 9
8
7
6
5 4～
0
BR CP XF HM INT 0 OV SX C16 FR CM AS
1 3FFFH 1 4000H
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外部
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2 0000H
2 3FFFH 2 4000H
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外部
... F 0000H
... F 3FFFH
... F 4000H
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DSP原理及应用DSP芯片的硬件结构节讲稿
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
2.2.2 ’ C54x的引脚功能
’C5402共有144个引脚，引脚分布如图。
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第2章 TMS320C54x的硬件结构 2. ’C54x的内部结构
PAB PB
系统 控制 接口 PAGEN 系统控制 DAGEN 数据地址生成器 程序地址生成器 特殊功能 寄存器
TMS320C54x的硬件结构图 程序存储器
数据存储器 串行口 并行口 定时器 计数器 外部 设备 接口 外部 存储器 接口
TMS320VC5402
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乘法
C累PU加器
算术/逻辑 运算单元
比较器
桶形 移位器
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
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
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’C5402共有144个引脚，引脚分布如图。
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
2.2.1 ’C54x的主要特性 4．在片外围电路
● 带4位预定标器(前置分频器）的16位可编程 定时器
● 设有与主机通信的并行接口（HPI） ● 具有外部总线判断控制，以断开外部的数据 总线、地址总线和控制信号 ● 数据总线具有总线保持器特性
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电压为+1.8V，为CPU内核提供的专用电源； ● DVDD（4、33、56、75、112、130），
电压为+3.3V，为各I/O引脚提供的电源； ● VSS（3、14、34、40、50、57、70、76、93、
106、111、128），接地。
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
2.2.1 ’C54x的主要特性 5．电源
● 具有多种节电模式。 可用IDLE1、IDLE2和IDLE3指令来控制芯
片功耗，使CPU工作在省电方式。 ● 可在软件控制下，禁止CLKOUT输出信号。
6．片内仿真接口
● 具有符合IEEE1149.1标准的片内仿真接口。
第2章 TMS320C54x的硬件结构
0004：DSP原理及应用——第 2章DSP芯片的硬件结构21—
23节讲稿
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
2.1 ’C54x的基本结 构1. ’C54x的主要优点
①④围模绕块1组化程结序构总设线计、，3使组派数生据器总件线得和到4组了地更址快总的
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电源电路一
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2.2.1 ’C54x的主要特性 7．速度
● 5.0V电压的器件，其速度可达到40MIPS，指 令周期时间为25ns。
● 3.3V电压的器件，其速度可达到80MIPS，指 令周期时间为12.5ns。
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
2.2.1 ’C54x的主要特性 4．在片外围电路
● 具有软件可编程等待状态发生器 ● 设有可编程分区转换逻辑电路 ● 带有内部振荡器或外部时钟源的片内锁相 环（PLL）发生器 ● 支持全双工操作的串行口，可进行8位或 16位串行通信
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
2. ’C54x的内部结构
TMS320C54x的组成
中央处理器CPU 内部总线控制
I/O功能扩展接口 串行口
特殊功能寄存器 数据存储器RAM 程序存储器ROM
主机通信接口HPI 定时系统 中断系统
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
系统
PAGEN
DAGEN
2. 控接’制口 C54x系的统控内制部结程构序地址生成器 数据地址生成器
特殊功能 寄存器
PAB
TMS320C54x的硬件结构图程序存储器
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
线发而展建。立的改进哈佛结构，提高了系统的多功能性和 操作的⑤灵活采性用。先进的IC制造工艺，降低了芯片的功耗,
提高②了具芯有片高的度性并能行。性和专用硬件逻辑的CPU设计， 提高了芯片的性能。
⑥ 采用先进的静态设计技术，进一步降低了功 ③ 具有完善的寻址方式和高度专业化指令系统, 更耗适，应使于芯快片速具算有法更的强实的现应和用高能级力语。言编程的优化。
● 2.5V电压的器件，其速度可达到100MIPS， 指令周期时间为10ns。
● 1.8V电压的器件，其速度可达到200MIPS， 每个核的指令周期时间为10M 学院 石坚
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2.2.2 ’ C54x的引脚功能
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
2.2.2 ’ C54x的引脚功能
TMS320C5402引脚：
电源引脚
串行口引脚
时钟引脚
主机接口引脚
控制引脚
通用I/O引脚
地址和数据引脚
测试引脚
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第2章 TMS320C54x的硬件结构
2.2.2 ’ C54x的引脚功能
1. 电源引脚
’C5402采用双电源供电，其引脚有： ● CVDD（16、52、68、91、125、142），