DSP相关知识及TMS320F2812性能介绍(精)

第一章DSP相关知识及TMS320F2812性能介绍数字信号处理（DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。在通常的实时信号处理中，它具有可程控、可预见性、精度高、稳定性好、可靠性和可重复性好、易于实现自适应算法、大规模集成等优点，这都是模拟系统所不及的。1.1DSP系统构成数字信号处理器是利用计算机或专用处理设备，在模拟信号变换成数字信号以后，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10～50倍。一个典型的DSP系统，输入信号首先进行带限滤波和抽样，然后进行A/D变换将信号变换成数字比特流。DSP芯片的输入是A/D变换后得到的以抽样形式表示的数字信号，DSP芯片对输入的数字信号进行某种形式的处理，如进行一系列的乘累加操作（MAC）。最后，经过处理后的数字样值再经D/A变换转换为模拟样值，之后再进行内插和平滑滤波就可得到连续的模拟波形。必须指出的是，上面给出的DSP系统模型是一个典型模型，但并不是所有的DSP系统都必须具有模型中的所有部件。1.2DSP系统的特点数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字处理的全部优点：（1）接口和编程方便。DSP系统与其他以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的，与这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口容易得多；另外，DSP系统中的可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。（2）稳定性和可重复性好。DSP系统以数字处理为基础，受环境温度、湿度、噪声、电磁场的干扰和影响较小，可靠性高；数字系统的性能基本不受元器件参数性能变化的影响，因此数字系统便于测试、调试和大规模生产。（3）精度高。16位数字系统可以达到10-5的精度。（4）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、V型滤波器、线性相位滤波器等等。（5）集成方便。DSP系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。当然，数字信号处理在高频信号处理上也存在一定的缺点。DSP系统中的高速时钟可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题，而且DSP系统消耗的功率也较大。此外，DSP技术更新的速度快，数学知识要求多，开发和调试工具还不尽完善。1.3DSP芯片的应用DSP应用广泛，其主要应用市场为3C领域，合占整个市场需求的90%oDSP是目前电子工业领域增长最迅速的产品之一，据世界半导体贸易统计组织发布的统计和预测报告显示，1996~2008年，全球DSP市场将一直保持稳步增长，其中，2000年的增长率为37%，2001年为8%，并且从2001年到2008年，增长率将逐年递增，2008年的增长率将达54%。因此，全球DSP市场的前景非常广阔，DSP产业将成为21世纪最具发展潜力的朝阳产业。很显然，目前随着我国3G的商用部署大规模展开和移动互联网的蓬勃发展，在可预见的一段时间内，无线应用仍将是可编程DSP市场的驱动引擎。不过，嵌入式DSP市场是一个更大的市场。随着有线市场走向复苏，VoIP电话变得更加重要。因此，DSP市场将在2009年及以后的时间里稳健地好转。因为无论何种形式的DSP技术都是我们能够访问窄带、宽带或是无线互联网的唯一手段，它还是新兴的分组电话市场的关键。没有DSP就没有对互联网的访问，没有多媒体，也没有无线通信。例如，厂商们新推出多种款式可选择的独立器件、DSP与MPU相结合的器件、为执行DSP功能量身定做的MPU器件、以及许多公司为ASIC或SoC解决方案所提供的软硬DSP内核。在近20多年时间里，主要应用有：信号处理、通信、语音、图形/图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等。目前的硬盘空间相当大，这主要得益于CDSP（可定制DSP）的巨大作用。预计在今后的PC机中，一个DSP即可完成全部所需的多媒体处理功能。DSP也是消费类电子产品中的关键器件。由于DSP的广泛应用，数字音响设备的更新换代周期变得非常短暂。用于图像处理的DSP，一种用于JPEG标准的静态图像数据处理；另一种用于动态图像数据处理。1.4TMS320F2812芯片的主要特性TMS320F2812系列DSP（数字信号处理器）是TI公司最新推出的数字信号处理器，该系列处理器是基于TMS320C2xx内核的定点数字信号处理器。器件上集成了多种先进的外设，为电机及其他运动控制领域应用的实现提供了良好的平台。同时代码和指令与F24x系列数字信号处理器完全兼容，从而保证了项目或产品设计的可延续性。与F24x系列数字信号处理器相比，F2812系列数字信号处理器提高了运算的精度（32位）和系统的处理能力（达到150MIPS）。该系列数字信号处理器还集成了128KB的Flash存储器，4KB的引导ROM，数字运算表以及2KB的OTPROM，从而大大改善了应用的灵活性。128位的密码保护机制有效地保护了产品的知识产权。两个事件管理器模块为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能。16通道高性能12位ADC单元提供了两个采样保持电路，可以实现双通道信号同步采样。归纳起来，TMS320F2812系列DSP有以下特点。TMS320F2812有3个独立的片选信号，并且读/写时序可编程，兼容不同速率的外设扩展;通过配置外部接口寄存器，TMS320F28i2在访问外部设备时不必额外增加延时等待，既提高了程序的实时性又减少了代码量。TMS320F28I2是TI2000系列中功能最为强大的DSP芯片。它是一种32位DSP，片内有128KFLASH,18KSRAM,DART.56I/0,12MAD+l6路输入、指令处理速度高达150MPIS.TMS320F2812样片于2003年推出，经过了试用期，现在己经非常成熟。国内公司己经开始陆续使用，其开发工具完备，购买渠道畅通，价格低廉，是一款非常适合本课题需要的控制芯片。TMS320F2812的时钟频率是150MHz，即时钟周期是6.67ns。有众多的外设接口，GPIO,SPI,SCIA,SCIB,McBSP,eCAN,SRAM.FLASH,EVA,EVB,ADC。这些外设模块使TMS320F2812很适用于控制领域。（1）TMS320F2812系列DSP采用高性能的静态COMS技术主频达150MHz（时钟周期6.67ns）；采用低电压供电，当主频为135MHz时内核电压为1.8V，当主频为150MHz时内核电压为1.9V，I/O引脚电压为3.3V。（2）支持JTAG边界扫描接口（3）高性能32位CPU支持16×16位和32×32位的乘法加法运算；支持16×16位的双乘法运算；采用哈佛总线结构模式；快速中断响应和中断处理能力；统一的存储设计模式；4MB的程序/数据寻址空间；高效的代码转换功能（支持C/C++和汇编）；与TMS320F24x/F240x系列数字信号处理器代码兼容。（4）片内存储空间片内Flash空间大小为128K×16b，分为4个8K×16b和6个16K×16b存储段；ROM空间：片内含128K×16位大小的ROM；OTPROM空间大小：1K×16b；L0和L1：两块4K×16位的单周期访问RAM（SARAM）；H0：一块8K×16位的单周期访问RAM（SARAM）；M0和M1：两块1×16位的单周期访问RAM（SARAM）。（5）根只读存储器（BootROM）4K×16位带有软件启动的Boot模式；标准数学函数库。（6）外部存储器接口有高达1M×16b的总存储空间；可编程的等待时间；可编程读写选通计数器（StrobeTiming）；三个独立的片选信号。（7）时钟与系统控制支持动态锁相环倍频；片内振荡器；看门狗定时器模块。（8）三个外部中断。（9）外部中断扩展（PE）模块可支持96个外部中断，当前仅使用了45个外部中断。（10）128位的密钥（SecurityKey/Lock）保护Flash/OTP和L0/L1SARAM；防止ROM中的程序被盗。（11）3个32位的CPU定时器。（12）用于控制电机的外围设备两个事件管理器（EVA、EVB）；与C240兼容的器件。（13）串口外围设备串行外围接口（SPI）；两路串行通信接口（SCI），标准的SCI口；增强型CAN模块（eCAN）；多通道缓冲串行接口（McBSP）和串行外围接口模式。（14）12位的ADC转换模块2×8通道的输入通道；单一或级联转换模式；最高转换速率为80ns/12.5Msps。（15）最多有56个独立的可编程、多用途通用输入/输出（GPIO）引脚。（16）先进的仿真模式具有实时分析以及设置断点的功能；支持硬件仿真。（17）开发工具DSP集成系统（CodeComposerStudio，CCS）；JTAG仿真器。（18）低功耗模式和节能模式支持空闲模式（IDLE）、等待模式（STANDBY）、挂起模式（HALT）；静止/使能独立外设时钟。（19）封装方式带外部存储器接口的179球形触点BGA封装；带外部存储器接口的176引脚低剖面四芯线扁平LQFP封装；没有外部存储器接口的128引脚奥贴片正方扁平PBK封装。（20）工作温度A：-40~85℃（GHH、ZHH、PGF、PBK）；S：-40~125℃（GHH、ZHH、PGF、PBK）；Q：-40~125℃（PGF、PBK）。1.5地址寻址空间1.6TMS320F2812硬件结构框图