MS320C55xDSP应用系统设计.ppt

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1、TMS320C55x DSP应用系统设计,赵洪亮、卜凡亮、张仁彦、黄鹤松 编著,章节安排,第1章 绪 论 第2章 TMS320C55x的硬件结构第3章 TMS32055X的指令系统第4章 TMS320C55x汇编语言编程第5章 集成开发环境(CCS)第6章 C语言程序设计第7章 应用程序设计第8章 C55x的片上外设第9章 C55x应用系统的硬件设计,第1章 绪 论,本章内容提要：主要对数字信号处理器（DSP）进行简要介绍。DSP的基本概念 DSP芯片的发展、特点、分类 DSP产品概况,1.1 DSP的基本概念,一个典型的数字信号处理系统,微处理器是数字信号处理系统的核心部件，通常采用DSP芯

2、片，也可采用其它处理器芯片,A/D与D/A转换器建立起了数字世界与现实模拟世界之间的桥梁。,数字信号处理的特点灵活精确重复性好,一个典型的数字信号处理算法FIR滤波器,乘与累加（MAC）是数字信号处理中的典型计算,数字信号处理系统中 微处理器的选择通用微型计算机（PC机）普通单片机（如MCS-51、96系列等）用专用集成电路（ASIC）DSP处理器,优点：编程容易，便于实现缺点：速度慢、成本高、体积大，难以进行实时信号处理和嵌入式应用,优点：成本低廉缺点：性能差、速度慢,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

3、流芯片。优点：灵活、高速、便于嵌入式应用,DSP的含义数字信号处理(Digital Signal Processing)数字信号处理的理论和算法数字信号处理器(Digital Signal Processor)实现数字信号处理算法的微处理器芯片,1.2 DSP芯片简介,DSP芯片的发展历史、现状和趋势DSP芯片的特点DSP芯片的分类DSP芯片的应用领域选择DSP芯片考虑的因素,1.2.1 DSP芯片的发展历史、现状和趋势,发展历史诞生于20世纪70年代末第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年前后）1978年，AMI公司生产出第一片DSP芯片S2811 1979年，美国Intel公司推出商用可编

4、程器件DSP芯片Intel2920,1980年，日本NEC公司推出PD7720，第一片具有乘法器的商用DSP芯片1982年，TI公司成功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17日本Hitachi公司第一个采用CMOS工艺生产浮点DSP芯片1983年，日本Fujitsu公司推出的MB8764，指令周期为120ns，具有双内部总线，使数据吞吐量发生了一个大的飞跃1984年，AT&T公司推出DSP32，是较早的具备较高性能的浮点DSP芯片,第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后）硬件结构：更适合数字信号处理的要求，能进

5、行硬件乘法和单指令滤波处理，其单指令周期为ns。如：TI公司的TMS320C20和TMS320C30，CMOS制造工艺，存储容量和运算速度成倍提高，为语音处理、图像处理技术的发展奠定了基础。主要器件有：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。,第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）信号处理能力更加完善，而且使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降低、成本不断下降 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 DSP运算速度可达到单指令周期10ns左右，可在Windows 下用

6、C语言编程，使用方便灵活广泛应用：通信、计算机领域，并渗透到日常消费领域,DSP芯片的 发展现状,制造工艺存储器容量 内部结构 运算速度 高度集成化 运算精度和动态范围 开发工具,具有较完善的软件和硬件开发工具，如：软件仿真器Simulator、在线仿真器Emulator、C编译器和集成开发环境CCS等，给开发应用带来很大方便。CCS是TI公司针对本公司的DSP产品开发的集成开发环境。它集成了代码的编辑、编译、链接和调试等诸多功能，而且支持C/C+和汇编的混合编程。开放式的结构允许外扩用户自身的模块。,普遍采用0.25m或0.18m亚微米的CMOS工艺。引脚从原来的40个增加到200个以上，需

7、要设计的外围电路越来越少，成本、体积和功耗不断下降。,芯片的片内程序和数据存储器可达到几十K字，而片外程序存储器和数据存储器可达到16M48位和4G40位以上。,芯片内部均采用多总线、多处理单元和多级流水线结构，加上完善的接口功能，使DSP的系统功能、数据处理能力和与外部设备的通信功能都有了很大的提高。,指令周期从400ns缩短到10ns以下，其相应的速度从2.5MIPS提高到2000MIPS以上。如TMS320C6201执行一次1024点复数FFT运算的时间只有66uS。,集滤波、A/D、D/A、ROM、RAM和DSP内核于一体的模拟混合式DSP芯片已有较大的发展和应用。,DSP的字长从8位

8、已增加到64位，累加器的长度也增加到40位，从而提高了运算精度。同时，采用超长字指令字（VLIW）结构和高性能的浮点运算，扩大了数据处理的动态范围。,DSP技术的发展趋势,DSP的内核结构将进一步改善DSP和微控制器的融合 DSP和高档CPU的融合 DSP 和FPGA的融合 实时操作系统RTOS与DSP的结合 DSP的并行处理结构 功耗越来越低,1.2.2 DSP芯片的特点,采用哈佛结构 采用多总线结构 采用流水线结构 配有专用的硬件乘法-累加器 具有特殊的寻址方式和指令 支持并行指令操作 硬件配置强，具有较强的接口功能 支持多处理器结构,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

9、总线，可独立编址和独立访问。,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间进行访问，大大地提高了DSP的运行速度。,在单指令周期内完成数字信号处理中用得最多的乘法-累加运算,1.2.3 DSP芯片的分类,按照数据格式 定点、浮点按照字长大小16位、24位、32位 按照不同生产厂家的产品系列TI公司的TMS320系列AD公司的ADSP21系列AT&T公司的DSP16/32系列Motorola公司的MC5600/MC9600系列NEC公司的PD77系列等,1.2.4 DSP芯片的应用领域,信号处理通信 语音 军事 图形与图像 仪器仪表 自动控制 医疗 家用

10、电器 汽车,1.2.5 选择DSP芯片考虑的因素,运算速度MAC、FFT、MIPS、MOPS、MFLOPS、BOPS价格硬件资源片内RAM、ROM数量，可扩展程序和数据空间，接口等运算精度（字长）定点：一般16位，少数24位浮点：一般32位，累加器为40位开发工具 功耗 其他因素,1.3 DSP芯片产品简介,TI公司的DSP芯片概况其它公司的DSP芯片概况 TMS320C5000概况,1.3.1 TI公司的DSP芯片概况,经典产品TMS320C1X、TMS320C25、TMS320C3X/4X、TMS320C5 X、TMS320C8X目前主流系列TMS320C2000，用于数字化控制领域 TM

11、S320C5000，用于通信、便携式应用领域 TMS320C6000，音视频技术、通信基站,1.3.2 其它公司的DSP芯片概况,AD公司的DSP芯片 AT&T公司的DSP芯片 Motorola公司的DSP芯片,1.3.3 TMS320C5000概况,为16位定点整数 DSP处理器迄今已有三代产品，即：TMS320C5x、TMS320C 54x和TMS320C55x同代产品具有相似的CPU结构和不同的片上存储器和外围电路存储器、外围电路与CPU集成在一个芯片上，构成了一个单片计算机系统，降低整个系统的成本、体积，提高可靠性,TMS320C54x概况,采用改进的Harvard结构 CPU结构 1

12、92K字的存储空间片上外围电路 典型指令周期,1组程序读总线1组程序地址总线2组数据读总线1组数据写总线3组数据地址总线,1个40位的算术逻辑单元（ALU）一个40位的筒形移位寄存器（barrel shifter）2个独立的40位累加器1个乘加器（MAC）单元1个用于Viterbi计算的比较、选择、存储（CSSU）单元1个指数编码器2个地址发生器单元,64K字的程序存储空间，某些芯片有扩展的程序存储空间64K字的数据存储空间64K字的I/O接口空间,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或外部时钟源的片内锁相环（PLL）发生器全双工操作的串行口带4位预定标器的16位可编程定时器主机并行接口（HPI）外部总线控制等,25ns、12.5ns、10ns，对应的速度分别达到40MIPS、80MIPS、100MIPS,2.TMS320C55x概况,为C5000系列的最新一代产品，与C54x的源代码兼容与C54x相比处理速度明显提高、功耗明显降低在结构上复杂的多，采用近似“双CPU结构”,如300MHz的C55x与120MHz的C54x相比，C55x的处理速度比C54x提高了5倍，功耗降到只有C54x的1/6。,表1-1 C55x与C54x的比较,