DSP开发入门综述 电子科技大学TI-DSPs技术培训中心管庆 DSP是 Digital signal processing(数字信号处理)或 Digital Signal Processor(数 字信号处理器)的缩写。这一章中我们要讲的内容是,如何开始采用一个或多个数字信号处 理芯片对输入信号(数字信号)进行分析、处理。所以在你进行DSP开发之前,你应该明确 以下几个问题: (1).你是否应该或需要使用DSP? (2).你应该选择哪个型号的DSP? (3).你熟悉你即将使用的DSP吗?包括它的硬件结构、外设控制、指令系统、寻址 方式以及开发环境(工具)? §1-1为什么要采用数字信号处理? (1)灵活性 在模拟处理系统,当需要改变一个模拟系统的应用时,你可能不得不修改硬件设计, 或调整硬件参数。而在数字处理系统,你可以通过改变数字信号处理软件来修改设置,以适 应不同的需要。 (2)精度 在模拟处理系统,系统精度受元器件影响,同一批次产品可能有不同的性能。而在 数字处理系统中,精度仅与AD的位数和计算机字长、算法有关,它们是在设计系统是就已 经决定了的。 (3)可靠性和可重复性 模拟系统易受环境温度、湿度、噪声、电磁场等的干扰和影响,而数字系统的可靠 性和可重复性好 (4)大规模集成 模拟系统尽管已有一些模拟集成电路,但品种较少、集成度不高、价格较高。而数 字系统中DSP体积小、功能强、功耗小、一致性好、使用方便、性能/价格比高。 (5)虚拟特性与升级 套模拟系统系统只能对应一种功能,升级意味着新型号的系统的硏制。而数字系 软件1 滤波器 软件2 数字系统 相同硬件平台 语音合成 软件n 马达控制 统中一套系统对应多种功能,只要装上不同的软件即可。 图1软件使得数字系统更加灵活
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(6)特殊应用:有些应用只有数字系统才能实现 例如:信息无失真压缩(L0 SSLESS COMPRESSION)、V型滤波器( NOTCH FILTER) 线性相位滤波器( LINEAR PHASE FILTER)等等 但数字信号处理也有局限性: (1)实时性 模拟系统中除开电路引入的延时外,处理是实时的。而数字系统:由计算机的处理 速度决定 (2)高频信号的处理 模拟系统可以处理包括微波毫米波乃至光波信号,而数字系统:按照奈奎斯特准则 的要求,受S/H、A/D和处理速度的限制 (3)模拟与数字信号的转换 现实世界的信号绝大多数是模拟的(温度、速度、压力等),转换成的电信号也是模 拟的(电流、电压等)。要实现数字处理,就必须进行转换。所以一般在一个DSP系统中都 有数/模或模/数转换电路,这也限制了DSP的应用。下面是一个采用DSP做信号处理的典型 框图 Data Transmission A/D DSP DIA Signal §12DSP的发展与特点 DSP的特点 (1)哈佛结构 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 (2)用指令流水线 取指译码|寻址|取数运算存储 取指译码寻址取数运算存储 取指译码寻址取数运算存储 (3)硬件乘法累加器
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在卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中,都有ΣSA(k)B(n-k)一类 的运算,其中包含大量重复乘法和累加。在通用计算机的乘法用软件实现,需要用若干个机 器周期。而DSP有专用的硬件乘法器,使用MAC指令(取数、乘法、累加),可以在单周期 内完成。(4)多种寻找方式 循环寻址( Circular addressing),位倒序(bit- reversed)等特殊指令,使FFT、 卷积等运算中的寻址、排序及计算速度大大提高。1024点FFT的时间已小于1ms。(5)独立 的DMA总线和控制器 有一组或多组独立的DMA总线,可以与CPU的程序、数据总线并行工作。在不影响 CPU工作的条件下,DMA速度已达800 Mbyte/s以上。(6)多处理器接口现在的DSP中大多都 提供了串口和并口,使多个处理器可以很方便的并行或串行工作。如TMS320C40有6个8-bit 的接口,VC5420提供 MSBSP和16位的并口,ADI的ADSP21160也有类似的结构。(7)所有 DSP芯片都包含JTAG( Joint Test Action Group)标准测试接口(IEEE1149标准接口) 便于对DSP作片上的在线仿真和多DSP条件下的调试 DSP的发展 更高的运行速度和信号处理速度 多DSP协同工作 ·更方便的开发环境 大量专用DSP的出现(DSP核) 更低的价格,或更高的性能/价格比 更广泛的应用(每年以30%增长) ·更低的功耗(55X0.05mw/MIPS) §1-3T的DSP系列 DSP的主要供应商 目前市场上的主要DSP生产商包括TI,ADI, Motorola, Lucent和 Zilog等,其中TI 占有最大市场份额。作为第一片DSP产品TMS32010的生产商和DSP行业的领头者,TI公司 的产品包括从低端的低成本低速度DSP到高端大运算量的DSP产品。 TI的三大主力DSP产品 C5000系列:C54X,C54XX,C55X(低功耗) C2000系列:C20X,F20X,F24X,F24XX(控制器) C6000系列:C62XX,C67XX,C64X(高性能) TI其他DSP产品 C3X系列(浮点):C30,C31,C32,VC33 C2X和C5X系列:C20,C25,C50等 C4X、C8X系列 DSP主要供应商的网站 德州仪器(ti):http\\www.ti.comhttp\\www.ti.comcn 模拟器件(add):http\\www.analogcom 郎讯科技http\\www.lucent.com 莫托罗拉http\\www.mot.com
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§14Ti的DSP系列介绍 目前,广泛使用的TI的DSP有三个系列:C2000,C5000和C600,C3X也有使用,而其 他型号都基本淘汰。需要提醒注意的是,同一系列中不同型号的DSP一般都具有相同的DSP 核,相同或兼容的汇编指令系统:而它们的差别仅在于片内存储器的大小,外设资源(如定 时器、串口、并口等)的多少。不同系列的DSP它们的汇编指令系统不兼容,但汇编语言的 语法非常相似。除了汇编语言外,TI还为每个系列都提供了优化C编译器,方便用户使用C (使用ANsI的标准C)语言进行开发,效率可以做到手工汇编的90%甚至更高。下面我们简 单介绍这个常用系列 1.“C2000系列: C2000系列是一个控制器系列,全部为16位定点DSP。该系列中的一些型号具有片内 FLASH RAM,如TMS320F24X,TMS320LF240X等。TI所有DSP中,也只有C2000有 FLASH。作 为控制器,C2000系列除了有一个DSP核以外,还有大量的外设资源,如AD、定时器、各 种串口(同步或异步)、 WATCHDOG、CAN总线、PWM发生器、数字I0脚等等。特别是C2000 的异步串口可以与PC的UART相连,也是T所有DSP中唯一具有异步串口的系列。 .High-End Uniprocessor Control C28 Headroom for rion ◆ ndustrial Systems (LF406 Powe sedna(Automotive Medca eamer →+①cx--◆:出m 1997 1998 l999 Sample Dates 图2C2000系列DSP的型号 2.“C5000系列 ‘C5000系列是一个定点低功耗系列,特别适用于手持通讯产品,如手机、PDA、GPS 等。目前的处理速度一般在80MIPS-400MIPS2C5000系列主要分为C54XX和C55XX两个系列。 两个系列在执行代码级是兼容的,但他们的汇编指令系统却不同。目前TMS320VC5402的零 售价在￥60-￥80元,性价比极高。C5000包含的主要外设有 McBPs同步串口,HPI并行接 口,定时器,DMA等。其中C55XX提供酬MIF外部存储器扩展接口,允许用户直接使用 SDRAM、 SBSRAM、SRAM、 EPROM等各种存储器。而C54XX没有提供EMIF,所以只能直接使用静态存储 器SRAM和 EPROM。另外,C5000系列一般都使用双电源供电,其I/0电压和核电压一般不同 而且不同型号也有差别。不过,TI提供了全系列的DC-DC变换器可以解决DSP的电源问题。 C5000系列一般都提供PGE封装,便于PCB板的制作
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C5000 Roadmap to the Future Software co 541 C542 1st 100 MIPS of lst Dav 2nd 0.32 mW/MIPS 1/2 the Power 5x Higher Brd C55x Sub-I volt 600MP 0.05 mW/MIPS 1/6 the 图3C5000系列DSP 3.‘C3X系列 C3X系列虽然不是目前TI的主流产品,但作为一个32位的低价位浮点DSP,仍然被广 泛使用。其中,TMS320VC33的价格大约在￥200元左右,其最高处理速度为150 MFLOPS。C3X 系列的结构比较简单,外设也比较少,主要有同步串口,DMA通道,定时器,能用于数字I/0 的引脚也只有2条。下面是VC33的简单情况 。高品质的浮点DSP,13ns和17ns指令周期 34Kx32Bit片内RAM 。X5PLL时钟产生器 。低功耗,<200mv@150 MFLOPS 。16/32bits整数和32/40bits浮点数运算 。32位指令字,24bits地址线 。具有 BOOTLOADER。一个串口,两个32位的定时器和DMA 。八个扩展精度寄存器,RO,R1,。。R7 。双电压共电,1.8V核电压和3.3V的I/0电压 。支持JTAG调试标准。四个简单、高效的预译码信号 4.“C6000系列 C6000系列是一个32位的高性能的DSP芯片,目前处理速度从800MIPS-2400MIPS,而 且还在不断提高。其中,C62XX为定点系列,C67XX和C64XX为浮点系列。同C55XX一样 C6000也提供EMIF扩展存储器接口,方便用户使用各种外部扩展存储器,如 SBSRAM、 SDRAM、 SRAM、 EPROM。C6000提供的主要外设有 McBPs同步串口,HPI并行接口,定时器,DMA等。 另外,在C6000的一些型号中还提供了PCI接口。C6000几乎都只提供BGA球形封装,在PCB 板制作时需要多层板,增加了开发和调试的难度。另外,C6000系列的功耗较大,需要仔细 考虑DSP与系统其他部分的电力分配,选择适当的DC-DC转换器
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