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7第1章 绪 论第1章 绪 论TMS320C54xTM DSP是TMS320TM系列DSP产品中的定点数字信号处理器。C54x DSP满足了实时嵌入式应用的一些要求，例如通信方面的应用。C54x的中央处理单元（CPU）具有改进的哈佛结构，它的特点是最小化的功耗和高度的并行性。除此之外，C54x中多样化的寻址方式和指令集也大大提高了整个系统的性能。1.1 TMS320系列DSP简介TMS320TM系列DSP包括定点DSP、浮点DSP和多处理器DSP（也称DSPs），其结构是专门为实时的信号处理设计的。TMS320系列DSP有以下一些特性使得该系列的产品有着广阔的应用领域：q 非常灵活的指令集。q 固有的操作灵活性。q 高速运行的性能。q 创新的并行结构。q 成本效率高。q 对C语言的友好的结构。1.1.1 TMS320系列DSP的历史、发展和优势1982年，德州仪器公司（TI）推出了TMS320系列中第一代定点DSP产品TMS320C10。在这一年年末，电子产品杂志赠予TMS320C10“年度产品”的称号。TMS320C10成为后续的TMS320系列DSP的模型。今天，TMS320 DSP系列包括三大DSP平台：TMS320C2000TM、TMS320C5000TM和TMS320C6000TM。在C5000TM DSP平台中又包含三代产品：TMS320C5xTM、TMS320C54xTM和TMS320C55xTM系列。C5000 DSP平台中的器件都采用了相同的CPU结构，但结合了不同的片内存储器和外设结构。这些不同的结构满足了世界范围内电子市场的很多领域的需要。当把存储器、外设和CPU结合起来集成到单个芯片上时，整个系统的费用就大大地降低了，电路板的体积也减小了。图1-1所示为TMS320系列器件的演化过程。图1-1 TMS320系列DSP的演化过程1.1.2 TMS320系列DSP的典型应用表1-1列出了TMS320系列DSP的一些典型的应用。TMS320 系列DSP与标准的微处理器/微计算机器件相比，可以为传统信号处理问题提供更合适的处理方式，例如处理语音合成和滤波问题。TMS320系列DSP也支持多个操作需要同时进行处理的复杂应用场合。表1-1 TMS320 系列DSP的典型应用汽 车消 费控 制自适应车速控制防滑刹车蜂窝电话数字广播引擎控制导航和全球定位振动分析语音命令防撞雷达数字广播/电视教育类玩具音乐合成器寻呼机动力工具雷达检测器固态的应答机磁盘驱动控制引擎控制激光打印机控制马达控制机器人控制伺服系统控制通 用图形/图像工 业自适应滤波卷积相关数字滤波快速傅里叶变换希尔伯特变换波形产生开窗口3-D旋转动画/数字地图同态处理图像压缩/传输图像增强模式识别机器人视觉工作站数字控制电力线监控机器人技术安全访问续表仪 器医 疗军 事数字滤波函数发生器模式匹配锁相环地震信号处理谱分析瞬态分析诊断设备胎儿监测助听器病人监测修复术超频音响设备图像处理导弹制导导航雷达处理射频调制解调器保密通信声纳处理电 信语 音120033600bps调制解调器自适应均衡器ADPCM代码转换器蜂窝电话信道多路复用 数据编码数字交换机数字语音内插（DSI）DTMF编码/解码回波消除传真线路中继器个人通信系统（PCS）个人数字辅助系统信道（PDA）扬声器电话扩频通信视频会议X.25包交换扬声器检验语音增强语音识别语音综合语音合成文本/语音转换音频邮件1.2 TMS320C54x DSP简介C54xTM DSP的操作灵活性高，速度快。它具有高级的改进哈佛结构（1条程序存储器总线、3条数据存储器总线和4条地址总线）、带有专用逻辑功能的CPU、片内存储器、片内外设和高度专业化的指令集。后续的DSP器件把C54x的CPU和专用的片内存储器及外设结合起来。这些产品已经并且将来也会继续得到发展，为电子市场上的专门领域服务。C54x器件具有以下优势：q 围绕1条程序总线、3条数据总线和4条地址总线而建立的增强型哈佛结构，提供更好的性能和多样性。q 具有高度并行和专用硬件逻辑的CPU设计，提供更高性能。q 高度专用的指令集，提供更快的代数运算，提供优化的高级语言操作。q 模块化的结构设计，为后续产品的快速发展提供方便。q 高级IC处理技术为其提供更好的性能和低功耗。q 新的静态设计技术实现低功耗和小辐射。1.3 TMS320C54x DSP的主要特征本节列出了C54x DSP的主要特性。q CPUØ 高级多总线结构，具有1条程序总线、3条数据总线和4条地址总线。Ø 40位的算术逻辑单元（ALU），包括一个40位桶形移位器和两个独立的40位累加器。Ø 17位´17位并行乘法器和一个40位专用加法器结合完成非流水线的单周期乘/累加（MAC）操作。Ø 比较、选择、存储单元（CSSU）是一个专用的硬件单元，用于Viterbi解码时的加法/比较/选择操作。Ø 在单周期内计算40位累加器中的值的指数的指数编码器。Ø 两个地址产生器，包括8个辅助寄存器和两个辅助寄存器算术单元。Ø 一些DSP器件具有多CPU核结构。q 存储器Ø 192K字´16位可寻址的存储器空间（64K字程序空间，64K字数据空间和64K字I/O口）。C548、C549、C5402、C5410和C5420带有扩展程序存储器。Ø 片内结构如表1-2所示（单位：K字）表1-2 TMS32054x DSP的片内结构器 件程序ROM程序/数据ROMDARAMSARAMC54120850C54220100C54320100C545321660C546321660C54820824C5491616824C540244160C5410160856C54200032168 双存取RAM。 单存取RAM。q 指令集Ø 单指令重复和块重复操作。Ø 存储器块搬移指令提供更好的程序和数据管理。Ø 具有32位长操作数指令。Ø 同时读取23个操作数的指令。Ø 并行存取的算术指令。Ø 条件存储指令。Ø 快速中断返回。q 片内外设Ø 软件编程的等待状态发生器。Ø 可编程的块切换逻辑。Ø 片内锁相环（PLL）时钟产生器带有内部振荡器或外部时钟源。如果是外部时钟源，表1-3所示器件选项中任一项都有若干可选的乘数值。每一种器件只能从所列的某一种选项中提供时钟模式的选择。表1-3 器件选项选项1选项2选项31.01.52.03.01.04.04.55.0软件可编程的PLL C541B、C545A、C546A、C548、C549、C5402、C5410和C5420都有一个软件可编程的PLL和两个附加的饱和模式。软件可编程的PLL在8.5.2小节说明，饱和模式在4.1.2小节处理器模式状态寄存器（PMST）中说明。Ø 外部关总线控制使外部数据总线、地址总线和控制信号无效。Ø 数据总线有保持的特性。Ø 可编程定时器。Ø 端口，如表1-4所示。表1-4 端口器 件主机接口串 行 口同步串口缓冲串口多通道缓冲串口时分复用串口C541C542C543C545C546C548C549C5402C5410C542001010111112001100000011112200000000002360110011000q 速度单周期定点指令执行时间为25/20/15/12.5/10ns（40MIPS/50MIPS/66MIPS/80MIPS/ 100MIPS），如表1-5所示。表1-5 速度器 件电 源 电 压速 度封 装C541C541BC542C543C545C545AC546C546AC548C549VC549VC5402VC5410VC54205V3V/3.3V3V/3.3V5V3V/3.3V3V/3.3V3V/3.3V3V/3.3V3V/3.3V3V/3.3V3.3V3.3V3.3V（核2.5V）3.3V（核1.8V）3.3V（核2.5V）3.3V（核1.8V）25ns25ns/20ns15ns25ns25ns/20ns25ns/20ns25ns/20ns15ns25ns/20ns15ns20ns/15ns15ns/12.5ns10ns10ns10ns10ns100引脚TQFP封装100引脚TQFP封装100引脚TQFP封装144引脚TQFP封装128/144引脚TQFP封装100引脚TQFP封装128引脚TQFP封装128引脚TQFP封装100引脚TQFP封装100引脚TQFP封装144引脚TQFP封装144引脚TQFP封装/144引脚BGA封装144引脚TQFP封装/144引脚BGA封装144引脚TQFP封装/144引脚BGA封装144引脚TQFP封装/176引脚BGA封装144引脚TQFP封装/144引脚BGA封装q 功耗Ø 功耗控制由IDLE1、IDLE2和IDLE3指令可进入节电模式。Ø 控制可使CLKOUT信号无效。q 仿真IEEE标准1149.1边界扫描逻辑对接到片内基于扫描的仿真逻辑。