DSP技術(shù)1、2DSP綜述、TMS320LF240x系列DSP概述3TMS320LF240x的CPU功能模塊和時(shí)鐘模塊4系統(tǒng)配置和中斷模塊5存儲(chǔ)器和I/O空間6數(shù)字輸入輸出I/O7事件管理器8模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)模塊9串行通信接口SCI13、15DSP開發(fā)及C語言編程DSP技術(shù)1、2DSP綜述、TMS320LF240x系列D第1章數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)綜述1.1什么是DSP1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀1.3DSP的應(yīng)用1.4DSP與單片機(jī)、嵌入式微處理器的區(qū)別1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.7如何選擇DSP第1章數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)綜述1.1什么是DSP作業(yè)1）什么是DSP2）DSP的基本特點(diǎn)3）什么是改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)4）DSP與單片機(jī)的主要區(qū)別5）DSP分類：定點(diǎn)浮點(diǎn)6）2407內(nèi)部結(jié)構(gòu)作業(yè)1）什么是DSP1.1什么是DSPDSPDigitalSignalProcessingDigitalSignalProcessor?

DSP（數(shù)字信號(hào)處理）是一門涉及多門學(xué)科并廣泛應(yīng)用于很多科學(xué)和工程領(lǐng)域的新興學(xué)科。

數(shù)字信號(hào)處理包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:

1．算法的研究

2．?dāng)?shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)

1.1什么是DSPDSPDigitalSignalPr1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

DSP芯片是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，主要用于實(shí)時(shí)快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理的算法。

20世紀(jì)80年代以前，由于受實(shí)現(xiàn)方法的限制,數(shù)字信號(hào)處理的理論還不能得到廣泛的應(yīng)用。直到世界上第一塊DSP芯片的誕生，才使理論研究成果廣泛應(yīng)用到實(shí)際的系統(tǒng)中，并且推動(dòng)了新的理論和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。DSP芯片的誕生及發(fā)展對(duì)近20年來通信、計(jì)算機(jī)、控制等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展起到十分重要的作用。

DSP芯片誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了以下三個(gè)階段。第一階段，DSP的雛形階段（1980年前后）。

1978年AMI公司生產(chǎn)出第一片DSP芯片S2811。

1979年美國(guó)Intel公司發(fā)布了商用可編程DSP器件Intel2920,由于內(nèi)部沒有單周期的硬件乘法器，使芯片的運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力和運(yùn)算精度受到了很大的限制。運(yùn)算速度大約為單指令周期200~250ns，應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事或航空航天部門。1）DSP技術(shù)的發(fā)展1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀DSP芯片是一種特別適第二階段，DSP的成熟階段（1990年前后）。－－硬件結(jié)構(gòu)上更適合數(shù)字信號(hào)處理的要求，能進(jìn)行硬件乘法、硬件FFT變換和單指令濾波處理，其單指令周期為80~100ns。

如TI公司的TMS320C20，它是該公司的第二代DSP器件,采用了CMOS制造工藝，其存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度成倍提高，為語音處理、圖像硬件處理技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)80年代后期，以TI公司的TMS320C30為代表的第三代DSP芯片問世，伴隨著運(yùn)算速度的進(jìn)一步提高，其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。

這個(gè)時(shí)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。

1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀第二階段，DSP的成熟階段（1990年前后）。－－硬件結(jié)構(gòu)第三階段，DSP的完善階段（2000年以后）。

這一時(shí)期各DSP制造商不僅使信號(hào)處理能力更加完善,而且使系統(tǒng)開發(fā)更加方便、程序編輯調(diào)試更加靈活、功耗進(jìn)一步降低、成本不斷下降。尤其是各種通用外設(shè)集成到片上,大大地提高了數(shù)字信號(hào)處理能力。這一時(shí)期的DSP運(yùn)算速度可達(dá)到單指令周期10ns左右，可在Windows環(huán)境下直接用C語言編程,使用方便靈活，使DSP芯片不僅在通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且逐漸滲透到人們?nèi)粘ＯM(fèi)領(lǐng)域。

目前,DSP芯片的發(fā)展非常迅速。硬件方面主要是向多處理器的并行處理結(jié)構(gòu)、便于外部數(shù)據(jù)交換的串行總線傳輸、大容量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驅(qū)動(dòng)能力、外圍電路內(nèi)裝化、低功耗等方面發(fā)展。軟件方面主要是綜合開發(fā)平臺(tái)的完善，使DSP的應(yīng)用開發(fā)更加靈活方便。1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀第三階段，DSP的完善階段（2000年以后）。這一1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀2）DSP技術(shù)的現(xiàn)狀1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（1）制造工藝

早期DSP采用4m的NMOS工藝。現(xiàn)在的DSP芯片普遍采用0.25m或0.18m亞微米的CMOS工藝。芯片引腳從原來的40個(gè)增加到200個(gè)以上，需要設(shè)計(jì)的外圍電路越來越少，成本、體積和功耗不斷下降。（2）存儲(chǔ)器容量早期的DSP芯片，其片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只有幾百個(gè)單元。目前，片內(nèi)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可達(dá)到幾十K字，而片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可達(dá)到16M48位和4G40位以上。（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)

目前，DSP內(nèi)部均采用多總線、多處理單元和多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，加上完善的接口功能，使DSP的系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)處理能力和與外部設(shè)備的通信功能都有了很大的提高。

2）DSP技術(shù)的現(xiàn)狀1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（1）制造2）DSP技術(shù)的現(xiàn)狀1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（4）運(yùn)算速度近20年的發(fā)展，使DSP的指令周期從400ns縮短到10ns以下，其相應(yīng)的速度從2.5MIPS提高到2000MIPS以上。（5）高度集成化

集濾波、A/D、D/A、ROM、RAM和DSP內(nèi)核于一體的模擬混合式DSP芯片已有較大的發(fā)展和應(yīng)用。

（6）運(yùn)算精度和動(dòng)態(tài)范圍

DSP的字長(zhǎng)從8位已增加到32位，累加器的長(zhǎng)度也增加到40位，從而提高了運(yùn)算精度。同時(shí)，采用超長(zhǎng)字指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)和高性能的浮點(diǎn)運(yùn)算，擴(kuò)大了數(shù)據(jù)處理的動(dòng)態(tài)范圍。（7）開發(fā)工具

具有較完善的軟件和硬件開發(fā)工具，如：軟件仿真器Simulator、在線仿真器Emulator、C編譯器和集成開發(fā)環(huán)境等，給開發(fā)應(yīng)用帶來很大方便。

2）DSP技術(shù)的現(xiàn)狀1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（4）運(yùn)算*3）DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（1）DSP的內(nèi)核結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步改善

多通道結(jié)構(gòu)和單指令多重?cái)?shù)據(jù)（SIMD）、特大指令字組（VLIM）將在新的高性能處理器中占主導(dǎo)地位，如AD公司的ADSP-2116x。

（2）DSP和微處理器的融合

微處理器MPU：是一種執(zhí)行智能定向控制任務(wù)的通用處理器，它能很好地執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理功能很差。

DSP處理器：具有高速的數(shù)字信號(hào)處理能力。

在許多應(yīng)用中均需要同時(shí)具有智能控制和數(shù)字信號(hào)處理兩種功能。

將DSP和微處理器結(jié)合起來，可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，加速產(chǎn)品的開發(fā)，減小PCB體積，降低功耗和整個(gè)系統(tǒng)的成本。

*3）DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（1*3）DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（7）DSP的并行處理結(jié)構(gòu)為了提高DSP芯片的運(yùn)算速度，各DSP廠商紛紛在DSP芯片中引入并行處理機(jī)制。這樣，可以在同一時(shí)刻將不同的DSP與不同的任一存儲(chǔ)器連通，大大提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省＃?）功耗越來越低

隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和先進(jìn)的電源管理設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，DSP芯片內(nèi)核的電源電壓將會(huì)越來越低。

總之，對(duì)于高速、高密度數(shù)據(jù)處理應(yīng)用，DSP將向多核轉(zhuǎn)變，目前已經(jīng)有一款6核方案，在未來25年可能一個(gè)DSP芯片將集成百個(gè)處理器。而對(duì)于那些不屬于高密度的應(yīng)用，DSP將來的發(fā)展方向是SoC。這些新的SoC集成系統(tǒng)將在系統(tǒng)處理器(如ARM)的控制下，同時(shí)使用可編程DSP和可配置DSP加速器，它們將成為許多創(chuàng)新性產(chǎn)品的開發(fā)平臺(tái)。可編程SoC是未來DSP的生存之道。*3）DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（71.3DSP的應(yīng)用隨著DSP芯片價(jià)格的下降，性能價(jià)格比的提高，DSP芯片具有巨大的應(yīng)用潛力。

主要應(yīng)用：

1.信號(hào)處理

2.通信

3.語音

4.圖像處理

5.軍事

6.儀器儀表

7.自動(dòng)控制

8.醫(yī)療工程

9.家用電器

10.計(jì)算機(jī)如：數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅氏變換、Hilbert變換、相關(guān)運(yùn)算、頻譜分析、卷積、模式匹配、窗函數(shù)、波形產(chǎn)生等；

如：調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消、多路復(fù)用、傳真、擴(kuò)頻通信、移動(dòng)通信、糾錯(cuò)編譯碼、可視電話、路由器等；如：語音編碼、語音合成、語音識(shí)別、語音增強(qiáng)、語音郵件、語音存儲(chǔ)、文本—語音轉(zhuǎn)換等；如：二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像鑒別、圖像增強(qiáng)、圖像轉(zhuǎn)換、模式識(shí)別、動(dòng)畫、電子地圖、機(jī)器人視覺等；

如：保密通信雷達(dá)處理聲納處理導(dǎo)航導(dǎo)彈制導(dǎo)電子對(duì)抗全球定位GPS

搜索與跟蹤情報(bào)收集與處理等如：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、鎖相環(huán)、模態(tài)分析、暫態(tài)分析、石油/地質(zhì)勘探、地震預(yù)測(cè)與處理等；如：引擎控制聲控發(fā)動(dòng)機(jī)控制自動(dòng)駕駛機(jī)器人控制磁盤/光盤伺服控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等如：助聽器

X-射線掃描心電圖/腦電圖超聲設(shè)備核磁共振診斷工具病人監(jiān)護(hù)等如：高保真音響音樂合成音調(diào)控制玩具與游戲數(shù)字電話/電視高清晰度電視HDTV

變頻空調(diào)機(jī)頂盒等如：震裂處理器圖形加速器工作站多媒體計(jì)算機(jī)等1.3DSP的應(yīng)用隨著DSP芯片價(jià)格的下降1.3DSP與單片機(jī)、嵌入式微處理器的區(qū)別②單片機(jī)(微控制器):用于不太復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理。結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，沒有乘法器，I/O接口多，位控制能力強(qiáng)，成本低，使用方便。如51系列，AVR系列，PIC系列等③嵌入式微處理器：基于通用計(jì)算機(jī)CPU，具有較高的抗干擾能力，可靠性高，地址線較多，存儲(chǔ)空間大，可配備實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如，ARM7/ARM9等，多用于控制系統(tǒng)。

①DSP：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，片內(nèi)設(shè)計(jì)有硬件乘法器及累加器，多處理單元，多總線結(jié)構(gòu)，流水線技術(shù)，專門的指令系統(tǒng)，能夠高速、實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)具有乘積累加特點(diǎn)的、復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。如TI的TMS320系列等。1.3DSP與單片機(jī)、嵌入式微處理器的區(qū)別②單片機(jī)(微控1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征數(shù)字信號(hào)處理不同于普通的科學(xué)計(jì)算與分析，它強(qiáng)調(diào)運(yùn)算的實(shí)時(shí)性。除了具備普通微處理器所強(qiáng)調(diào)的高速運(yùn)算和控制能力外,針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn),在處理器的結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、指令流程上作了很大的改進(jìn),其主要特點(diǎn)如下：馮·諾伊曼(Von-Neumann)結(jié)構(gòu)——程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合為一體，單地址、數(shù)據(jù)總線，不能同時(shí)取指令和取操作數(shù)，易造成傳輸通道上的瓶頸現(xiàn)象。1）哈佛結(jié)構(gòu)圖馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)CPU程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征數(shù)字信號(hào)處1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征哈佛(Havard)結(jié)構(gòu)——程序空間和數(shù)據(jù)空間分開，各自有自己的地址總線和數(shù)據(jù)總線，能夠同時(shí)取指令(來自程序存儲(chǔ)器)和取操作數(shù)(來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)。圖

哈佛結(jié)構(gòu)CPU程序存儲(chǔ)器程序地址總線PAB程序數(shù)據(jù)總線PDB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)地址總線DAB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DDB改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)——采用雙存儲(chǔ)空間和多條總線，即一條程序總線和多條數(shù)據(jù)總線。特點(diǎn)為：

①允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互存儲(chǔ)、傳送數(shù)據(jù),使這些數(shù)據(jù)可以由算術(shù)運(yùn)算指令直接調(diào)用,增強(qiáng)芯片的靈活性；②提供了存儲(chǔ)指令的高速緩沖器（cache）和相應(yīng)的指令,當(dāng)重復(fù)執(zhí)行這些指令時(shí),只需讀入一次就可連續(xù)使用，不需要再次從程序存儲(chǔ)器中讀出,從而減少了指令執(zhí)行作需要的時(shí)間。1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征哈佛(Havard)結(jié)構(gòu)—1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征——多條地址、數(shù)據(jù)總線，可保證同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，并由輔助寄存器自動(dòng)增減地址進(jìn)行尋址，使CPU在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可多次對(duì)程序空間和數(shù)據(jù)空間進(jìn)行訪問。總線越多，在同一時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的操作越多，所完成的功能就越復(fù)雜。DSP芯片都采用多總線結(jié)構(gòu)，大大地提高了DSP的運(yùn)行速度。

例如,TMS320C240x內(nèi)部有數(shù)據(jù)讀總線、數(shù)據(jù)寫總線、程序讀總線，還有相對(duì)應(yīng)的地址總線，可以實(shí)現(xiàn)：一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器取1條指令從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀1個(gè)操作數(shù)向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫1個(gè)操作數(shù)內(nèi)部總線是個(gè)十分重要的資源。2)多總線結(jié)構(gòu)1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征——多條地址、數(shù)據(jù)總線，可1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征

DSP執(zhí)行一條指令，可分成取指、譯碼、取操作和執(zhí)行等幾個(gè)階段。在程序運(yùn)行過程中這幾個(gè)階段是重疊的，這樣，在執(zhí)行本條指令的同時(shí)，還依次完成了后面3條指令的取操作數(shù)、譯碼和取指，將指令周期降低到最小值。利用這種流水線結(jié)構(gòu)，加上執(zhí)行重復(fù)操作，就能保證數(shù)字信號(hào)處理中用得最多的乘法累加運(yùn)算可以在單個(gè)指令周期內(nèi)完成。時(shí)鐘取指令指令譯碼取操作數(shù)執(zhí)行指令T1T2T3T4NN-1N-2N-3N+1NN-1N-2N+2N+1NN-1N+3N+2N+1N四級(jí)流水線操作3)流水線操作(pipeline)1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征DSP執(zhí)行1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征4)多處理單元

DSP內(nèi)部一般都包括有多個(gè)處理單元，如：算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)輔助寄存器運(yùn)算單元(ARAU)累加器(ACC)硬件乘法器(MUL)

它們可以在一個(gè)指令周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算。例如，當(dāng)執(zhí)行一次乘法和累加的同時(shí)，輔助寄存器單元已經(jīng)完成了下一個(gè)地址的尋址工作，為下一次乘法和累加運(yùn)算做好了充分的準(zhǔn)備。為了適應(yīng)數(shù)字信號(hào)處理的需要，當(dāng)前的DSP芯片都配有專用的硬件乘法-累加單元(MAC)，可在一個(gè)周期內(nèi)完成一次乘法和累加操作。如矩陣運(yùn)算、FIR和IIR濾波、FFT變換等專用信號(hào)的處理。1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征4)多處理單元1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征5)硬件配置強(qiáng)除CPU的多處理單元外，DSP的接口功能也愈來愈強(qiáng)，更易于完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如240x集成了AD轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)閃存、多路復(fù)用I/O引腳、事件管理器、串行通信接口模塊、串行外設(shè)模塊、具有獨(dú)立總線的直接存儲(chǔ)訪問單元DMA、CAN總線模塊、用于仿真的JTAG接口等。6）特殊的DSP指令為了更好地滿足數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的需要，在DSP的指令系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一些特殊的DSP指令。例如，重復(fù)、位反轉(zhuǎn)、乘積累加、循環(huán)指令，又如240x中的DMOV和LDT指令，使得尋址、排序的速度大大提高。1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征5)硬件配置強(qiáng)1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征8）指令周期短

基于以上特點(diǎn)，以及DSP廣泛采用亞微米CMOS制造工藝，其運(yùn)行速度越來越快。如C2000運(yùn)行速度可達(dá)600MFLOPS，C5000運(yùn)行速度可達(dá)600MIPS。；C6000的運(yùn)行速度達(dá)到8000MIPS，多核的更高。7)運(yùn)算精度高一般DSP的字長(zhǎng)為16位、24位、32位。為防止運(yùn)算過程中溢出，有的累加器達(dá)到40位。此外，一批浮點(diǎn)DSP，例如C3x、C4x、ADSP21020等，則提供了更大的動(dòng)態(tài)范圍。1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征8）指令周期短1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.1DSP的分類

1）按用途分類

2）

按數(shù)據(jù)格式分類1）

按用途分類按照用途，可將DSP芯片分為通用型和專用型兩大類。

通用型DSP芯片：一般是指可以用指令編程的DSP芯片，適合于普通的DSP應(yīng)用，具有可編程性和強(qiáng)大的處理能力，可完成復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理的算法。

專用型DSP芯片：是為特定的DSP運(yùn)算而設(shè)計(jì)，通常只針對(duì)某一種應(yīng)用，相應(yīng)的算法由內(nèi)部硬件電路實(shí)現(xiàn)，適合于數(shù)字濾波、FFT、卷積和相關(guān)算法等特殊的運(yùn)算。主要用于要求信號(hào)處理速度極快的特殊場(chǎng)合。1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.1DSP的分類1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.1DSP的分類

1）按用途分類

2）

按數(shù)據(jù)格式分類2）按數(shù)據(jù)格式分類根據(jù)芯片工作的數(shù)據(jù)格式，按其精度或動(dòng)態(tài)范圍，可將通用DSP劃分為定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP兩類。若數(shù)據(jù)以定點(diǎn)格式工作的——定點(diǎn)DSP芯片。若數(shù)據(jù)以浮點(diǎn)格式工作的——浮點(diǎn)DSP芯片。

不同的浮點(diǎn)DSP芯片所采用的浮點(diǎn)格式有所不同，有的DSP芯片采用自定義的浮點(diǎn)格式，有的DSP芯片則采用IEEE的標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式。1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.1DSP的分類1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.2DSP的主要技術(shù)指標(biāo)1)時(shí)鐘頻率①外部時(shí)鐘頻率，一般指晶振頻率；②內(nèi)部工作主頻，反映DSP的數(shù)據(jù)處理速度。主頻=晶振頻率X鎖相環(huán)的倍頻系數(shù)。

通常，DSP采用較低的晶振(減少干擾)經(jīng)倍頻得到較高的主頻以提高數(shù)據(jù)處理速度。

2）機(jī)器周期

DSP執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。DSP的大部分指令都是單周期的，也能反映DSP的數(shù)據(jù)處理速度。3）MIPSMillionsofInstructionPerSecond,每秒執(zhí)行百萬條指令。綜合了時(shí)鐘頻率、并行度、機(jī)器周期等來反映處理速度的指標(biāo)，與機(jī)器周期互為倒數(shù)。1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.2DSP的主要技1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.2DSP的主要技術(shù)指標(biāo)3)MOPSMillionsofOperationPerSecond,每秒執(zhí)行百萬次操作。操作次數(shù)≠指令條數(shù)，不同的DSP對(duì)操作的定義不同，不同的指令所需要完成的操作次數(shù)也不同。4）MFLOPSMillionsofFloatOperationPerSecond，每秒執(zhí)行百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算。是衡量浮點(diǎn)DSP運(yùn)算能力的指標(biāo)之一。5）MACS1s之內(nèi)DSP完成乘積累加的次數(shù)。以上指標(biāo)只是反映DSP片內(nèi)全速運(yùn)行的速度，不代表整個(gè)系統(tǒng)的處理速度。1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.2DSP的主要技1.7如何選擇DSP主要取決于應(yīng)用場(chǎng)合，以夠用、低成本為前提。1)數(shù)據(jù)格式的選擇定點(diǎn)還是浮點(diǎn)？浮點(diǎn)：動(dòng)態(tài)范圍大，編程容易些，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗較大。定點(diǎn)：動(dòng)態(tài)范圍較小，編程需要考慮數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍和精度，但是功耗低、成本低。2）數(shù)據(jù)寬度浮點(diǎn)DSP為32位，大部分定點(diǎn)DSP為16位，也有20位、24位、32位的。數(shù)據(jù)字的長(zhǎng)短是影響成本的重要因素，它關(guān)系到芯片的引腳數(shù)、大小、片外存儲(chǔ)器的大小3）速度系統(tǒng)運(yùn)行速度不單單取決于DSP芯片，要全局考慮。時(shí)鐘頻率越高，系統(tǒng)干擾越大。1.7如何選擇DSP主要取決于應(yīng)用場(chǎng)合，以夠1.7如何選擇DSP主要取決于應(yīng)用場(chǎng)合，以夠用、低成本為前提。4)存儲(chǔ)器應(yīng)該關(guān)注雙訪問存儲(chǔ)器的大小、高速緩存、存儲(chǔ)空間的大小。5）開發(fā)的難易程度編程語言有匯編、C/C++，開發(fā)調(diào)試環(huán)境是決定開發(fā)難易程度的關(guān)鍵。6）是否支持多處理器7）功耗和電源管理

8）器件封裝

1.7如何選擇DSP主要取決于應(yīng)用場(chǎng)合，以夠第2章TMS320LF240x系列DSP概述2.1TI公司TMS320系列DSP簡(jiǎn)介2.2TMS320LF240x系列DSP簡(jiǎn)介TI公司的DSP產(chǎn)品時(shí)目前世界上的主流產(chǎn)品，市場(chǎng)占有份額60%左右。第2章TMS320LF240x系列DSP概述2.1TI公2.1TI公司TMS320系列DSP簡(jiǎn)介TI公司自1982年推出第一款定點(diǎn)DSP芯片以來，相繼推出定點(diǎn)、浮點(diǎn)和多處理器三類運(yùn)算特性不同的DSP芯片，共計(jì)已發(fā)展了七代產(chǎn)品。其中，定點(diǎn)運(yùn)算單處理器的DSP有七個(gè)系列，浮點(diǎn)運(yùn)算單處理器的DSP有三個(gè)系列，多處理器的DSP有一個(gè)系列。主要按照DSP的處理速度、運(yùn)算精度和并行處理能力分類，每一類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)相同，只是片內(nèi)存儲(chǔ)器和片內(nèi)外設(shè)配置不同。

定點(diǎn)DSP：

①TMS320C1x系列

16bit第一代

1982年前后；②TMS320C2x系列

16bit第二代

1987年前后；③TMS320C5x系列

16bit第五代

1993年；④TMS320C54x系列

16bit第七代

1996年；⑤TMS320C24x系列

16bit第七代

1996年；⑥TMS320C6x系列

32bit第七代

1997年；⑦TMS320C55x系列16bit第七代2000年。2.1TI公司TMS320系列DSP簡(jiǎn)介2.1TI公司TMS320系列DSP簡(jiǎn)介浮點(diǎn)DSP：①

TMS320C3x系列

32bit第三代

1990年；②

TMS320C4x系列

32bit第四代

1990年；③TMS320C67x系列64bit第七代1998年。

多處理器DSP：

TMS320C8x系列32bit第六代1994年。

C2x、C24x、C28x稱為C2000系列，用于數(shù)字控制系統(tǒng)；

C54x、C55x稱為C5000系列，主要用于功耗低、便于攜帶的通信終端；

C62x、C64x和C67x稱為C6000系列，主要用于高性能復(fù)雜的通信系統(tǒng)，如移動(dòng)通信基站。

符號(hào)含義：√

C——CMOS

LC——3.3V,低功耗,CMOS

√

F——片內(nèi)帶Flash

LF——3.3V,低功耗,片內(nèi)帶Flash√

A——芯片帶加密位2.1TI公司TMS320系列DSP簡(jiǎn)介浮點(diǎn)DSP：多處理C64xC55x,C547xC28x30/31/32C55+ARM2.1TI公司TMS320系列DSP簡(jiǎn)介四個(gè)工作平臺(tái)·TMS320C2000:用于優(yōu)化和控制系統(tǒng)·TMS320C5000:省電型處理器、用于通信·TMS320C6000:業(yè)內(nèi)最快的處理器提高單片的多通道的處理能力·TMS320C3X浮點(diǎn)處理器用于圖像處理和工業(yè)控制·定點(diǎn)式：動(dòng)態(tài)范圍小，易溢出，需利用定標(biāo)防止溢出；功耗低。·浮點(diǎn)式：動(dòng)態(tài)范圍大，沒有溢出風(fēng)險(xiǎn)；功耗較大。C64xC55x,C547xC28x30/31/32C55+2.1.1TMS320C2000系列1）TMS320C2000系列

C2XX是TI公司的一代高性能、低價(jià)位定點(diǎn)DSP，是專門針對(duì)控制應(yīng)用的，集成了閃存、A/D、CAN總線控制器等片內(nèi)外設(shè)。主要有三大類：

√

TMS320C20x:C203,F206，主要用于電話、數(shù)碼相機(jī)、嵌入式家電設(shè)備。

√TMS320C24x:LF2407，16位定點(diǎn)，10位A/D，主要用于電機(jī)控制、智能儀表、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)電一體化等。

√TMS320C28x:F2810,F2812，32位定點(diǎn)，12位A/D，主要用于無感測(cè)速度控制、隨機(jī)的PWM、功率因子改善等等。C28同時(shí)亦是世界上程序代碼最有效率的DSPs，且C28x的程序代碼與目前所有的C2000DSPs的程序代碼是兼容的。2.1.1TMS320C2000系列1）TMS320C22.1.1TMS320C2000系列

√TMS320C28X:2.1.1TMS320C2000系列√TMS32.1.2TMS320C5000系列1）TMS320C5000系列

低功耗與高性能相結(jié)合可提供業(yè)界最低的待機(jī)功耗，同時(shí)還支持高級(jí)自動(dòng)化電源管理，執(zhí)行速度高達(dá)900MIPS，滿足實(shí)時(shí)嵌入設(shè)備的要求，能夠充分滿足諸如數(shù)字音樂播放器、VoIP(VoiceoverInternetProtocol)、免提終端附件、GPS接收機(jī)以及便攜式醫(yī)療設(shè)備等個(gè)人及便攜式產(chǎn)品的需求。分成C54xx系列和55xx系列。C54xx系列規(guī)范：?16位定點(diǎn)DSP?功耗低至40mW?單內(nèi)核與多內(nèi)核產(chǎn)品，性能范圍為30–532MIPS?具有1.2、1.8、2.5、3.3以及與5V版本。2.1.2TMS320C5000系列1）TMS320C52.1.2TMS320C5000系列C54xx系列規(guī)范：?集成RAM與ROM配置?自動(dòng)緩沖型串行端口?多通道緩沖型串行端口?主機(jī)端口接口?超薄封裝(100、128、144、176引腳的LQFP封裝；143、144、176與169引腳的MicroStarBGAs?封裝）?每個(gè)內(nèi)核均具有一個(gè)6通道DMA控制器應(yīng)用范圍：數(shù)字蜂窩通信、個(gè)人通信系統(tǒng)、尋呼機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、數(shù)字無繩通信設(shè)備、無線數(shù)據(jù)通信、免提車載套件、計(jì)算機(jī)語音電話系統(tǒng)、語音分組、便攜式因特網(wǎng)音頻設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器特性。2.1.2TMS320C5000系列C54xx系列規(guī)范：2.1.2TMS320C5000系列C55xx系列規(guī)范：?業(yè)界產(chǎn)品范圍最全面、電源效率最高的DSP系列，待機(jī)功耗低至0.12mW，性能高達(dá)600MIPs?業(yè)界最低的待機(jī)功耗能夠顯著延長(zhǎng)電池使用壽命?與所有C5000?DSP實(shí)現(xiàn)了軟件兼容?簡(jiǎn)單易用的軟件與開發(fā)工具大幅加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。應(yīng)用范圍：特性豐富的微小型便攜式數(shù)字音頻產(chǎn)品(MP3/AAC)、(IP)PBX、免提車載套件、便攜式醫(yī)療設(shè)備、低成本VoIP/DECT電話、便攜式儀表、指紋／圖案識(shí)別以及GPS接收機(jī)等。特性：?高級(jí)自動(dòng)電源管理?可配置的閑置域可延長(zhǎng)電池使用壽命?更短的調(diào)試時(shí)間可加速產(chǎn)品上市進(jìn)程?大容量片上RAM，達(dá)32KB～320KB2.1.2TMS320C5000系列C55xx系列規(guī)范：2.1.2TMS320C5000系列C55xx系列規(guī)范：?業(yè)界產(chǎn)品范圍最全面、電源效率最高的DSP系列，待機(jī)功耗低至0.12mW，性能高達(dá)600MIPs?業(yè)界最低的待機(jī)功耗能夠顯著延長(zhǎng)電池使用壽命?與所有C5000?DSP實(shí)現(xiàn)了軟件兼容?簡(jiǎn)單易用的軟件與開發(fā)工具大幅加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。應(yīng)用范圍：特性豐富的微小型便攜式數(shù)字音頻產(chǎn)品(MP3/AAC)、(IP)PBX、免提車載套件、便攜式醫(yī)療設(shè)備、低成本VoIP/DECT電話、便攜式儀表、指紋／圖案識(shí)別以及GPS接收機(jī)等。特性：?高級(jí)自動(dòng)電源管理?可配置的閑置域可延長(zhǎng)電池使用壽命?更短的調(diào)試時(shí)間可加速產(chǎn)品上市進(jìn)程?大容量片上RAM，達(dá)32KB～320KB2.1.2TMS320C5000系列C55xx系列規(guī)范：2.1.2TMS320C5000系列2.1.2TMS320C5000系列2.1.3TMS320C6000系列最高性能C6000?DSP平臺(tái)可提供業(yè)界最高性能的定點(diǎn)與浮點(diǎn)DSP，C代碼開發(fā)效率高。包含62xx、64xx、67xx系列，適用于視頻、影像、寬帶基礎(chǔ)局端以及高性能音頻等應(yīng)用領(lǐng)域。外設(shè)：?增強(qiáng)型直接存儲(chǔ)存取控制器?外設(shè)組件互連?用于ATM的通用測(cè)試與操作PHY接口(UTOPIA)?Viterbi協(xié)處理器?Turbo協(xié)處理器?外部存儲(chǔ)器接口?多通道緩沖的串行端口?主機(jī)端口接口?直接存儲(chǔ)存取控制器?32位擴(kuò)展總線?SerialRapidIO?2.1.3TMS320C6000系列最高性能外設(shè)：2.1.3TMS320C6000系列

C642xDSP擁有C6421以及C6424DSP兩種版本。這些DSP具有引腳兼容性，而且可全面擴(kuò)展速度和/或特性，每萬片批量的單價(jià)最低為8.95美元。這兩款最新的DSP擁有400、500以及600MHz等速度版本，并且具有相同的原始處理能力，但是在片上存儲(chǔ)器與外設(shè)方面有所差異。TMS320C64x?DSP系列----最佳性價(jià)比的定點(diǎn)DSPTMS320DM64xx----達(dá)芬奇(DaVinci)/數(shù)字媒體處理器

TMS320DM64x數(shù)字媒體處理器專為視頻而精心優(yōu)化，包含各種高性能、低成本選項(xiàng)。TMS320DM64x系列數(shù)字媒體處理器不僅具有全面可編程性，而且還可提供業(yè)界領(lǐng)先的高性能，能夠充分滿足要求最嚴(yán)格的流式多媒體應(yīng)用的需求。此外，TI還可提供豐富的配套模擬部件、簡(jiǎn)單易用的開發(fā)工具以及廣泛的視頻與影像第三方算法等。2.1.3TMS320C6000系列C642x2.1.3TMS320C6000系列通過SerialRapidIO及其他高帶寬外設(shè)支持高性能多處理功能，頻率高達(dá)1.2GHz。TMS320C645x?DSP系列----業(yè)界速度最快的單內(nèi)核DSP外設(shè)：?SerialRapidIO:10-Gb/s全雙工。?電信串行接口端口(TSIP)。?其他高帶寬外設(shè)：千兆以太網(wǎng)，MAC(MediaAccessControl)、UTOPIA（UniversalTest&OperationsPHYInterfaceforATM）、PCI-66(ProcessInputOutput)與HPI。?多達(dá)兩個(gè)EMIFs:32位DDR2(DoubleDataRate2),64位EMIF(ExternalMemoryInterface)2.1.3TMS320C6000系列通過Ser2.2TMS320LF240x系列DSP簡(jiǎn)介專為數(shù)字電機(jī)控制及其他控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，將數(shù)字信號(hào)處理的高速運(yùn)算功能與面向電機(jī)的強(qiáng)大控制功能相結(jié)合，成為傳統(tǒng)微控制器的理想替代品。可用于控制功率開關(guān)轉(zhuǎn)換器、多電機(jī)等。

主要包括：（1）片內(nèi)帶閃存：TMS320LF2402、TMS320LF2406、TMS320LF2407、TMS320LF2407A；（2）片內(nèi)帶ROM:TMS320LC2402、TMS320LC2404、TMS320LC2406。其中，TMS320LF2407/TMS320LF2407A是集成度最高、性能最強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)控制DSP芯片。TMS320LF2407的處理速度為30MIPS,TMS320LF2407A的為40MIPS。2.2.1TMS320LF240x系列的型號(hào)及特點(diǎn)2.2TMS320LF240x系列DSP簡(jiǎn)介專為特點(diǎn)：改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)4級(jí)流水線雙8路或單16路的10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間約幾百ns32K字閃存，2.5K字RAM，其中含544字的雙訪問RAM,2K字的單訪問RAM41個(gè)可獨(dú)立編程的多路復(fù)用I/O引腳2個(gè)用于控制各類電機(jī)的事件管理器EVA、EVB：2個(gè)16位通用定時(shí)器8個(gè)16位PWM通道定時(shí)捕捉外部事件的3個(gè)捕捉單元，其中2個(gè)能直接與光電編碼器連接防止擊穿故障的可編程PWM死區(qū)控制2.2.1TMS320LF240x系列的型號(hào)及特點(diǎn)特點(diǎn)：2.2.1TMS320LF240x系列的型號(hào)及特點(diǎn)特點(diǎn)：串行通信接口(SCI)模塊串行外設(shè)接口(SPI)模塊帶鎖相環(huán)(PLL)的時(shí)鐘模塊

含有控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0B模塊。5個(gè)外部中斷源（1個(gè)復(fù)位、2個(gè)驅(qū)動(dòng)保護(hù)、2個(gè)可屏蔽）看門狗(WD)定時(shí)器模塊可擴(kuò)展的192K字的空間（64K字的程序存儲(chǔ)器空間，64K字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間，64K字的I/O空間）3種低功耗模式的電源管理。3.3V內(nèi)核工作電源5VFlash編程電源用于仿真的JTAG接口2.2.1TMS320LF240x系列的型號(hào)及特點(diǎn)特點(diǎn)：2.2.1TMS320LF240x系列的型號(hào)及特點(diǎn)共144個(gè)引腳2.2.2TMS320LF2407/2407A的引腳

在TMS320LF240x系列的DSP中，不同型號(hào)芯片的引腳數(shù)是不同的。TMS320LF2407A的引腳涵蓋了其他芯片的所有引腳。共144個(gè)引腳2.2.2TMS320LF22.2.2TMS320LF2407/2407A的引腳功能結(jié)構(gòu)圖2.2.2TMS320LF2407/2407A的引腳功能結(jié)2.2.2TMS320LF2407/2407A的引腳TMS320LF2407A共有144個(gè)引腳，可分為以下幾類：事件管理器A(EVA)引腳；

事件管理器B(EVB)引腳；模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)引腳；

通信模塊(CAN/SPI/SCI)引腳；

外部中斷與時(shí)鐘引腳；

振蕩器/PLL/FLASH/引導(dǎo)程序及其他引腳；

JTAG仿真測(cè)試引腳；

地址/數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)器控制信號(hào)引腳；

電源引腳。2.2.2TMS320LF2407/2407A的引腳TMS作業(yè)1）什么是DSP2）DSP的基本特點(diǎn)3）什么是改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)4）DSP與單片機(jī)的主要區(qū)別5）DSP分類：定點(diǎn)浮點(diǎn)6）2407內(nèi)部結(jié)構(gòu)作業(yè)1）什么是DSPDSP完整課件第1課DSP技術(shù)1、2DSP綜述、TMS320LF240x系列DSP概述3TMS320LF240x的CPU功能模塊和時(shí)鐘模塊4系統(tǒng)配置和中斷模塊5存儲(chǔ)器和I/O空間6數(shù)字輸入輸出I/O7事件管理器8模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)模塊9串行通信接口SCI13、15DSP開發(fā)及C語言編程DSP技術(shù)1、2DSP綜述、TMS320LF240x系列D第1章數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)綜述1.1什么是DSP1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀1.3DSP的應(yīng)用1.4DSP與單片機(jī)、嵌入式微處理器的區(qū)別1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.7如何選擇DSP第1章數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)綜述1.1什么是DSP作業(yè)1）什么是DSP2）DSP的基本特點(diǎn)3）什么是改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)4）DSP與單片機(jī)的主要區(qū)別5）DSP分類：定點(diǎn)浮點(diǎn)6）2407內(nèi)部結(jié)構(gòu)作業(yè)1）什么是DSP1.1什么是DSPDSPDigitalSignalProcessingDigitalSignalProcessor?

DSP（數(shù)字信號(hào)處理）是一門涉及多門學(xué)科并廣泛應(yīng)用于很多科學(xué)和工程領(lǐng)域的新興學(xué)科。

數(shù)字信號(hào)處理包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:

1．算法的研究

2．?dāng)?shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)

1.1什么是DSPDSPDigitalSignalPr1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀

DSP芯片是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，主要用于實(shí)時(shí)快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理的算法。

20世紀(jì)80年代以前，由于受實(shí)現(xiàn)方法的限制,數(shù)字信號(hào)處理的理論還不能得到廣泛的應(yīng)用。直到世界上第一塊DSP芯片的誕生，才使理論研究成果廣泛應(yīng)用到實(shí)際的系統(tǒng)中，并且推動(dòng)了新的理論和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。DSP芯片的誕生及發(fā)展對(duì)近20年來通信、計(jì)算機(jī)、控制等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展起到十分重要的作用。

DSP芯片誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了以下三個(gè)階段。第一階段，DSP的雛形階段（1980年前后）。

1978年AMI公司生產(chǎn)出第一片DSP芯片S2811。

1979年美國(guó)Intel公司發(fā)布了商用可編程DSP器件Intel2920,由于內(nèi)部沒有單周期的硬件乘法器，使芯片的運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力和運(yùn)算精度受到了很大的限制。運(yùn)算速度大約為單指令周期200~250ns，應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事或航空航天部門。1）DSP技術(shù)的發(fā)展1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀DSP芯片是一種特別適第二階段，DSP的成熟階段（1990年前后）。－－硬件結(jié)構(gòu)上更適合數(shù)字信號(hào)處理的要求，能進(jìn)行硬件乘法、硬件FFT變換和單指令濾波處理，其單指令周期為80~100ns。

如TI公司的TMS320C20，它是該公司的第二代DSP器件,采用了CMOS制造工藝，其存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度成倍提高，為語音處理、圖像硬件處理技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

20世紀(jì)80年代后期，以TI公司的TMS320C30為代表的第三代DSP芯片問世，伴隨著運(yùn)算速度的進(jìn)一步提高，其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。

這個(gè)時(shí)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。

1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀第二階段，DSP的成熟階段（1990年前后）。－－硬件結(jié)構(gòu)第三階段，DSP的完善階段（2000年以后）。

這一時(shí)期各DSP制造商不僅使信號(hào)處理能力更加完善,而且使系統(tǒng)開發(fā)更加方便、程序編輯調(diào)試更加靈活、功耗進(jìn)一步降低、成本不斷下降。尤其是各種通用外設(shè)集成到片上,大大地提高了數(shù)字信號(hào)處理能力。這一時(shí)期的DSP運(yùn)算速度可達(dá)到單指令周期10ns左右，可在Windows環(huán)境下直接用C語言編程,使用方便靈活，使DSP芯片不僅在通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且逐漸滲透到人們?nèi)粘ＯM(fèi)領(lǐng)域。

目前,DSP芯片的發(fā)展非常迅速。硬件方面主要是向多處理器的并行處理結(jié)構(gòu)、便于外部數(shù)據(jù)交換的串行總線傳輸、大容量片上RAM和ROM、程序加密、增加I/O驅(qū)動(dòng)能力、外圍電路內(nèi)裝化、低功耗等方面發(fā)展。軟件方面主要是綜合開發(fā)平臺(tái)的完善，使DSP的應(yīng)用開發(fā)更加靈活方便。1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀第三階段，DSP的完善階段（2000年以后）。這一1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀2）DSP技術(shù)的現(xiàn)狀1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（1）制造工藝

早期DSP采用4m的NMOS工藝。現(xiàn)在的DSP芯片普遍采用0.25m或0.18m亞微米的CMOS工藝。芯片引腳從原來的40個(gè)增加到200個(gè)以上，需要設(shè)計(jì)的外圍電路越來越少，成本、體積和功耗不斷下降。（2）存儲(chǔ)器容量早期的DSP芯片，其片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器只有幾百個(gè)單元。目前，片內(nèi)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可達(dá)到幾十K字，而片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可達(dá)到16M48位和4G40位以上。（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)

目前，DSP內(nèi)部均采用多總線、多處理單元和多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，加上完善的接口功能，使DSP的系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)處理能力和與外部設(shè)備的通信功能都有了很大的提高。

2）DSP技術(shù)的現(xiàn)狀1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（1）制造2）DSP技術(shù)的現(xiàn)狀1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（4）運(yùn)算速度近20年的發(fā)展，使DSP的指令周期從400ns縮短到10ns以下，其相應(yīng)的速度從2.5MIPS提高到2000MIPS以上。（5）高度集成化

集濾波、A/D、D/A、ROM、RAM和DSP內(nèi)核于一體的模擬混合式DSP芯片已有較大的發(fā)展和應(yīng)用。

（6）運(yùn)算精度和動(dòng)態(tài)范圍

DSP的字長(zhǎng)從8位已增加到32位，累加器的長(zhǎng)度也增加到40位，從而提高了運(yùn)算精度。同時(shí)，采用超長(zhǎng)字指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)和高性能的浮點(diǎn)運(yùn)算，擴(kuò)大了數(shù)據(jù)處理的動(dòng)態(tài)范圍。（7）開發(fā)工具

具有較完善的軟件和硬件開發(fā)工具，如：軟件仿真器Simulator、在線仿真器Emulator、C編譯器和集成開發(fā)環(huán)境等，給開發(fā)應(yīng)用帶來很大方便。

2）DSP技術(shù)的現(xiàn)狀1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（4）運(yùn)算*3）DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（1）DSP的內(nèi)核結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步改善

多通道結(jié)構(gòu)和單指令多重?cái)?shù)據(jù)（SIMD）、特大指令字組（VLIM）將在新的高性能處理器中占主導(dǎo)地位，如AD公司的ADSP-2116x。

（2）DSP和微處理器的融合

微處理器MPU：是一種執(zhí)行智能定向控制任務(wù)的通用處理器，它能很好地執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理功能很差。

DSP處理器：具有高速的數(shù)字信號(hào)處理能力。

在許多應(yīng)用中均需要同時(shí)具有智能控制和數(shù)字信號(hào)處理兩種功能。

將DSP和微處理器結(jié)合起來，可簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，加速產(chǎn)品的開發(fā)，減小PCB體積，降低功耗和整個(gè)系統(tǒng)的成本。

*3）DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（1*3）DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（7）DSP的并行處理結(jié)構(gòu)為了提高DSP芯片的運(yùn)算速度，各DSP廠商紛紛在DSP芯片中引入并行處理機(jī)制。這樣，可以在同一時(shí)刻將不同的DSP與不同的任一存儲(chǔ)器連通，大大提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省＃?）功耗越來越低

隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和先進(jìn)的電源管理設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，DSP芯片內(nèi)核的電源電壓將會(huì)越來越低。

總之，對(duì)于高速、高密度數(shù)據(jù)處理應(yīng)用，DSP將向多核轉(zhuǎn)變，目前已經(jīng)有一款6核方案，在未來25年可能一個(gè)DSP芯片將集成百個(gè)處理器。而對(duì)于那些不屬于高密度的應(yīng)用，DSP將來的發(fā)展方向是SoC。這些新的SoC集成系統(tǒng)將在系統(tǒng)處理器(如ARM)的控制下，同時(shí)使用可編程DSP和可配置DSP加速器，它們將成為許多創(chuàng)新性產(chǎn)品的開發(fā)平臺(tái)。可編程SoC是未來DSP的生存之道。*3）DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.2DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀（71.3DSP的應(yīng)用隨著DSP芯片價(jià)格的下降，性能價(jià)格比的提高，DSP芯片具有巨大的應(yīng)用潛力。

主要應(yīng)用：

1.信號(hào)處理

2.通信

3.語音

4.圖像處理

5.軍事

6.儀器儀表

7.自動(dòng)控制

8.醫(yī)療工程

9.家用電器

10.計(jì)算機(jī)如：數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅氏變換、Hilbert變換、相關(guān)運(yùn)算、頻譜分析、卷積、模式匹配、窗函數(shù)、波形產(chǎn)生等；

如：調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消、多路復(fù)用、傳真、擴(kuò)頻通信、移動(dòng)通信、糾錯(cuò)編譯碼、可視電話、路由器等；如：語音編碼、語音合成、語音識(shí)別、語音增強(qiáng)、語音郵件、語音存儲(chǔ)、文本—語音轉(zhuǎn)換等；如：二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像鑒別、圖像增強(qiáng)、圖像轉(zhuǎn)換、模式識(shí)別、動(dòng)畫、電子地圖、機(jī)器人視覺等；

如：保密通信雷達(dá)處理聲納處理導(dǎo)航導(dǎo)彈制導(dǎo)電子對(duì)抗全球定位GPS

搜索與跟蹤情報(bào)收集與處理等如：頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、鎖相環(huán)、模態(tài)分析、暫態(tài)分析、石油/地質(zhì)勘探、地震預(yù)測(cè)與處理等；如：引擎控制聲控發(fā)動(dòng)機(jī)控制自動(dòng)駕駛機(jī)器人控制磁盤/光盤伺服控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等如：助聽器

X-射線掃描心電圖/腦電圖超聲設(shè)備核磁共振診斷工具病人監(jiān)護(hù)等如：高保真音響音樂合成音調(diào)控制玩具與游戲數(shù)字電話/電視高清晰度電視HDTV

變頻空調(diào)機(jī)頂盒等如：震裂處理器圖形加速器工作站多媒體計(jì)算機(jī)等1.3DSP的應(yīng)用隨著DSP芯片價(jià)格的下降1.3DSP與單片機(jī)、嵌入式微處理器的區(qū)別②單片機(jī)(微控制器):用于不太復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理。結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，沒有乘法器，I/O接口多，位控制能力強(qiáng)，成本低，使用方便。如51系列，AVR系列，PIC系列等③嵌入式微處理器：基于通用計(jì)算機(jī)CPU，具有較高的抗干擾能力，可靠性高，地址線較多，存儲(chǔ)空間大，可配備實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如，ARM7/ARM9等，多用于控制系統(tǒng)。

①DSP：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，片內(nèi)設(shè)計(jì)有硬件乘法器及累加器，多處理單元，多總線結(jié)構(gòu)，流水線技術(shù)，專門的指令系統(tǒng)，能夠高速、實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)具有乘積累加特點(diǎn)的、復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。如TI的TMS320系列等。1.3DSP與單片機(jī)、嵌入式微處理器的區(qū)別②單片機(jī)(微控1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征數(shù)字信號(hào)處理不同于普通的科學(xué)計(jì)算與分析，它強(qiáng)調(diào)運(yùn)算的實(shí)時(shí)性。除了具備普通微處理器所強(qiáng)調(diào)的高速運(yùn)算和控制能力外,針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn),在處理器的結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、指令流程上作了很大的改進(jìn),其主要特點(diǎn)如下：馮·諾伊曼(Von-Neumann)結(jié)構(gòu)——程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合為一體，單地址、數(shù)據(jù)總線，不能同時(shí)取指令和取操作數(shù)，易造成傳輸通道上的瓶頸現(xiàn)象。1）哈佛結(jié)構(gòu)圖馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)CPU程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址總線AB數(shù)據(jù)總線DB1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征數(shù)字信號(hào)處1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征哈佛(Havard)結(jié)構(gòu)——程序空間和數(shù)據(jù)空間分開，各自有自己的地址總線和數(shù)據(jù)總線，能夠同時(shí)取指令(來自程序存儲(chǔ)器)和取操作數(shù)(來自數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)。圖

哈佛結(jié)構(gòu)CPU程序存儲(chǔ)器程序地址總線PAB程序數(shù)據(jù)總線PDB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)地址總線DAB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)總線DDB改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)——采用雙存儲(chǔ)空間和多條總線，即一條程序總線和多條數(shù)據(jù)總線。特點(diǎn)為：

①允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互存儲(chǔ)、傳送數(shù)據(jù),使這些數(shù)據(jù)可以由算術(shù)運(yùn)算指令直接調(diào)用,增強(qiáng)芯片的靈活性；②提供了存儲(chǔ)指令的高速緩沖器（cache）和相應(yīng)的指令,當(dāng)重復(fù)執(zhí)行這些指令時(shí),只需讀入一次就可連續(xù)使用，不需要再次從程序存儲(chǔ)器中讀出,從而減少了指令執(zhí)行作需要的時(shí)間。1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征哈佛(Havard)結(jié)構(gòu)—1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征——多條地址、數(shù)據(jù)總線，可保證同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，并由輔助寄存器自動(dòng)增減地址進(jìn)行尋址，使CPU在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可多次對(duì)程序空間和數(shù)據(jù)空間進(jìn)行訪問。總線越多，在同一時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)的操作越多，所完成的功能就越復(fù)雜。DSP芯片都采用多總線結(jié)構(gòu)，大大地提高了DSP的運(yùn)行速度。

例如,TMS320C240x內(nèi)部有數(shù)據(jù)讀總線、數(shù)據(jù)寫總線、程序讀總線，還有相對(duì)應(yīng)的地址總線，可以實(shí)現(xiàn)：一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器取1條指令從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀1個(gè)操作數(shù)向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫1個(gè)操作數(shù)內(nèi)部總線是個(gè)十分重要的資源。2)多總線結(jié)構(gòu)1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征——多條地址、數(shù)據(jù)總線，可1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征

DSP執(zhí)行一條指令，可分成取指、譯碼、取操作和執(zhí)行等幾個(gè)階段。在程序運(yùn)行過程中這幾個(gè)階段是重疊的，這樣，在執(zhí)行本條指令的同時(shí)，還依次完成了后面3條指令的取操作數(shù)、譯碼和取指，將指令周期降低到最小值。利用這種流水線結(jié)構(gòu)，加上執(zhí)行重復(fù)操作，就能保證數(shù)字信號(hào)處理中用得最多的乘法累加運(yùn)算可以在單個(gè)指令周期內(nèi)完成。時(shí)鐘取指令指令譯碼取操作數(shù)執(zhí)行指令T1T2T3T4NN-1N-2N-3N+1NN-1N-2N+2N+1NN-1N+3N+2N+1N四級(jí)流水線操作3)流水線操作(pipeline)1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征DSP執(zhí)行1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征4)多處理單元

DSP內(nèi)部一般都包括有多個(gè)處理單元，如：算術(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU)輔助寄存器運(yùn)算單元(ARAU)累加器(ACC)硬件乘法器(MUL)

它們可以在一個(gè)指令周期內(nèi)同時(shí)進(jìn)行運(yùn)算。例如，當(dāng)執(zhí)行一次乘法和累加的同時(shí)，輔助寄存器單元已經(jīng)完成了下一個(gè)地址的尋址工作，為下一次乘法和累加運(yùn)算做好了充分的準(zhǔn)備。為了適應(yīng)數(shù)字信號(hào)處理的需要，當(dāng)前的DSP芯片都配有專用的硬件乘法-累加單元(MAC)，可在一個(gè)周期內(nèi)完成一次乘法和累加操作。如矩陣運(yùn)算、FIR和IIR濾波、FFT變換等專用信號(hào)的處理。1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征4)多處理單元1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征5)硬件配置強(qiáng)除CPU的多處理單元外，DSP的接口功能也愈來愈強(qiáng)，更易于完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如240x集成了AD轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)閃存、多路復(fù)用I/O引腳、事件管理器、串行通信接口模塊、串行外設(shè)模塊、具有獨(dú)立總線的直接存儲(chǔ)訪問單元DMA、CAN總線模塊、用于仿真的JTAG接口等。6）特殊的DSP指令為了更好地滿足數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的需要，在DSP的指令系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一些特殊的DSP指令。例如，重復(fù)、位反轉(zhuǎn)、乘積累加、循環(huán)指令，又如240x中的DMOV和LDT指令，使得尋址、排序的速度大大提高。1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征5)硬件配置強(qiáng)1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征8）指令周期短

基于以上特點(diǎn)，以及DSP廣泛采用亞微米CMOS制造工藝，其運(yùn)行速度越來越快。如C2000運(yùn)行速度可達(dá)600MFLOPS，C5000運(yùn)行速度可達(dá)600MIPS。；C6000的運(yùn)行速度達(dá)到8000MIPS，多核的更高。7)運(yùn)算精度高一般DSP的字長(zhǎng)為16位、24位、32位。為防止運(yùn)算過程中溢出，有的累加器達(dá)到40位。此外，一批浮點(diǎn)DSP，例如C3x、C4x、ADSP21020等，則提供了更大的動(dòng)態(tài)范圍。1.5DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征8）指令周期短1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.1DSP的分類

1）按用途分類

2）

按數(shù)據(jù)格式分類1）

按用途分類按照用途，可將DSP芯片分為通用型和專用型兩大類。

通用型DSP芯片：一般是指可以用指令編程的DSP芯片，適合于普通的DSP應(yīng)用，具有可編程性和強(qiáng)大的處理能力，可完成復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理的算法。

專用型DSP芯片：是為特定的DSP運(yùn)算而設(shè)計(jì)，通常只針對(duì)某一種應(yīng)用，相應(yīng)的算法由內(nèi)部硬件電路實(shí)現(xiàn)，適合于數(shù)字濾波、FFT、卷積和相關(guān)算法等特殊的運(yùn)算。主要用于要求信號(hào)處理速度極快的特殊場(chǎng)合。1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.1DSP的分類1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.1DSP的分類

1）按用途分類

2）

按數(shù)據(jù)格式分類2）按數(shù)據(jù)格式分類根據(jù)芯片工作的數(shù)據(jù)格式，按其精度或動(dòng)態(tài)范圍，可將通用DSP劃分為定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP兩類。若數(shù)據(jù)以定點(diǎn)格式工作的——定點(diǎn)DSP芯片。若數(shù)據(jù)以浮點(diǎn)格式工作的——浮點(diǎn)DSP芯片。

不同的浮點(diǎn)DSP芯片所采用的浮點(diǎn)格式有所不同，有的DSP芯片采用自定義的浮點(diǎn)格式，有的DSP芯片則采用IEEE的標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式。1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.1DSP的分類1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.2DSP的主要技術(shù)指標(biāo)1)時(shí)鐘頻率①外部時(shí)鐘頻率，一般指晶振頻率；②內(nèi)部工作主頻，反映DSP的數(shù)據(jù)處理速度。主頻=晶振頻率X鎖相環(huán)的倍頻系數(shù)。

通常，DSP采用較低的晶振(減少干擾)經(jīng)倍頻得到較高的主頻以提高數(shù)據(jù)處理速度。

2）機(jī)器周期

DSP執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間。DSP的大部分指令都是單周期的，也能反映DSP的數(shù)據(jù)處理速度。3）MIPSMillionsofInstructionPerSecond,每秒執(zhí)行百萬條指令。綜合了時(shí)鐘頻率、并行度、機(jī)器周期等來反映處理速度的指標(biāo)，與機(jī)器周期互為倒數(shù)。1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.2DSP的主要技1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.2DSP的主要技術(shù)指標(biāo)3)MOPSMillionsofOperationPerSecond,每秒執(zhí)行百萬次操作。操作次數(shù)≠指令條數(shù)，不同的DSP對(duì)操作的定義不同，不同的指令所需要完成的操作次數(shù)也不同。4）MFLOPSMillionsofFloatOperationPerSecond，每秒執(zhí)行百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算。是衡量浮點(diǎn)DSP運(yùn)算能力的指標(biāo)之一。5）MACS1s之內(nèi)DSP完成乘積累加的次數(shù)。以上指標(biāo)只是反映DSP片內(nèi)全速運(yùn)行的速度，不代表整個(gè)系統(tǒng)的處理速度。1.6DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)1.6.2DSP的主要技1.7如何選擇DSP主要取決于應(yīng)用場(chǎng)合，以夠用、低成本為前提。1)數(shù)據(jù)格式的選擇定點(diǎn)還是浮點(diǎn)？浮點(diǎn)：動(dòng)態(tài)范圍大，編程容易些，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗較大。定點(diǎn)：動(dòng)態(tài)范圍較小，編程需要考慮數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍和精度，但是功耗低、成本低。2）數(shù)據(jù)寬度浮點(diǎn)DSP為32位，大部分定點(diǎn)DSP為16位，也有20位、24位、32位的。數(shù)據(jù)字的長(zhǎng)短是影響成本的重要因素，它關(guān)系到芯片的引腳數(shù)、大小、片外存儲(chǔ)器的大小3）速度系統(tǒng)運(yùn)行速度不單單取決于DSP芯片，要全局考慮。時(shí)鐘頻率越高，系統(tǒng)干擾越大。1.7如何選擇DSP主要取決于應(yīng)用場(chǎng)合，以夠1.7如何選擇DSP主要取決于應(yīng)用場(chǎng)合，以夠用、低成本為前提。4)存儲(chǔ)器應(yīng)該關(guān)注雙訪問存儲(chǔ)器的大小、高速緩存、存儲(chǔ)空間的大小。5）開發(fā)的難易程度編程語言有匯編、C/C++，開發(fā)調(diào)試環(huán)境是決定開發(fā)難易程度的關(guān)鍵。6）是否支持多處理器7）功耗和電源管理

8）器件封裝

1.7如何選擇DSP主要取決于應(yīng)用場(chǎng)合，以夠第2章TMS320LF240x系列DSP概述2.1TI公司TMS320系列DSP簡(jiǎn)介2.2TMS320LF240x系列DSP簡(jiǎn)介TI公司的DSP產(chǎn)品時(shí)目前世界上的主流產(chǎn)品，市場(chǎng)占有份額60%左右。第2章TMS320LF240x系列DSP概述2.1TI公2.1TI公司TMS320系列DSP簡(jiǎn)介TI公司自1982年推出第一款定點(diǎn)DSP芯片以來，相繼推出定點(diǎn)、浮點(diǎn)和多處理器三類運(yùn)算特性不同的DSP芯片，共計(jì)已發(fā)展了七代產(chǎn)品。其中，定點(diǎn)運(yùn)算單處理器的DSP有七個(gè)系列，浮點(diǎn)運(yùn)算單處理器的DSP有三個(gè)系列，多處理器的DSP有一個(gè)系列。主要按照DSP的處理速度、運(yùn)算精度和并行處理能力分類，每一類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)相同，只是片內(nèi)存儲(chǔ)器和片內(nèi)外設(shè)配置不同。

定點(diǎn)DSP：