引言DSP系统DSP芯片小结习题与思考题

1.引言2.DSP系统3.DSP芯片4.小结5.习题与思考题第1章概述1.1引言•数字信号处理（DSP）是一门涉及多种学科且又广泛应用于许多领域的学科。•20世纪60年代以来，随着信息技术的飞速发展，DSP技术应运而生并得到迅速的发展。•已在通信、自动控制、航空航天、军事、仪器仪表、家用电器等众多领域里得到越来越广泛的应用。1.1引言•数字信号处理的实现方法–在通用的计算机（如PC机）上用软件（如C语言）实现。–在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现。–用通用的单片机（如MCS-51、MSP430系列等）实现。–用通用的可编程DSP芯片实现。–用专用的DSP芯片实现。1.2DSP系统1、DSP系统的基本构成2、DSP系统的特点–接口方便。DSP应用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要容易的多。–编程方便。DSP应用系统中的可编程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。–稳定性好。DSP应用系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高。1.2DSP系统2、DSP系统的特点–精度高。16位数字系统可以达到10－5的精度。–可重复性好。模拟系统的性能受元器件参数性能变化比较大，而数字系统基本不受影响，因此数字系统便于调试、测试和大规模生产。–集成方便。DSP应用系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。1.2DSP系统3、DSP系统的设计1.2DSP系统4、DSP系统的开发1.2DSP系统步骤内容开发工具支持硬件支持软件支持1算法模拟计算机C语言、MATLAB语言等2DSP软件编程计算机编辑器（如Edit、Ultraedit等）3DSP软件调试计算机、DSP仿真器等DSP代码生成工具（包括C编译器、汇编器、链接器等）、DSP软件模拟器Simulator、CCS等4DSP硬件设计计算机其他相关软件（如EDA软件等）5DSP硬件调试计算机、DSP仿真器、示波器、信号发生器、逻辑分析仪等相关支持软件6系统集成计算机、DSP仿真器、编程器、示波器、信号发生器、逻辑分析仪等相关支持软件1、DSP芯片的定义–单指令周期内一般至少可完成一次乘法和一次加法；–程序空间和数据空间分开，可同时访问指令和数据；–片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；–具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；–快速的中断处理和硬件I/O支持；–具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；–可以并行执行多个操作；–支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以并行执行。1.3DSP芯片2、DSP芯片的特点2.1哈佛结构•主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。1.3DSP芯片2、DSP芯片的特点2.2流水线操作•与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间，从而增强了处理器的处理能力。采用流水线操作，处理器可以并行处理多条指令，每条指令处于流水线上的不同阶段。1.3DSP芯片2、DSP芯片的特点2.3专用的硬件乘法器•乘法是数字信号处理的重要组成部分。在通用微处理器中，乘法指令由一系列加法来实现，故需许多个指令周期来完成。相比而言，DSP芯片的特征就是有一个专用的硬件乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。1.3DSP芯片2、DSP芯片的特点2.4高效的DSP指令•如，TMS32010中的LTD和MPY指令可以将FIR滤波器抽头计算从4条降为2条。在第二代处理器中，增加了RPT（RPTK）和MACD指令，可以进一步将每个抽头的运算时间从2条降为1条：•RPTK255•MACD1.3DSP芯片3、DSP芯片的发展第一片单片DSP芯片应当是1978年AMI公司宣布的S2811。1980年，日本NEC公司推出的uPD7720是第一片具有乘法器的商用DSP芯片。在这之后，最成功的DSP芯片当数美国TI公司的一系列产品。美国模拟器件公司（AnalogDevices，简称AD公司）在DSP芯片市场上也占有较大的份额，1.3DSP芯片4、TI公司的DSP芯片•TMS320C2000系列：–包括TMS320C2xx/C24x/C28x等；•TMS320C5000系列：–包括TMS320C54x/C55x/OMAP等；•TMS320C6000系列：–包括TMS320C62x/C67x/C64x等。1.3DSP芯片5、DSP芯片的分类–按基础特性分•静态DSP芯片；•一致性DSP芯片。–按数据格式分•定点DSP芯片；•浮点DSP芯片。–按用途分•通用型DSP芯片；•专用型DSP芯片。1.3DSP芯片6、DSP芯片的选择–DSP芯片的运算速度–DSP芯片的价格–DSP芯片的硬件资源–DSP芯片的运算精度–DSP芯片的开发工具–DSP芯片的功耗–其他因素1.3DSP芯片7、DSP系统的运算量–按样点处理DSP算法对每一个输入样点循环一次。如，一个采用LMS算法的256抽头的自适应FIR滤波器，假定每个抽头的计算需要3个MAC周期，则256抽头计算需要256×3＝768个MAC周期。如果采样频率为8kHz，即样点之间的间隔为125μs，DSP芯片的MAC周期为200ns，则768个MAC周期需要153.6μs的时间，显然无法实时处理，需要选用速度更高的DSP芯片。1.3DSP芯片7、DSP系统的运算量–按帧处理DSP算法每隔一定时间间隔（通常称为帧）循环一次设DSP芯片的指令周期为p（ns），一帧的时间为（ns），则该DSP芯片在一帧内所能提供的最大运算量为/p条指令。1.3DSP芯片•本章介绍了DSP芯片的基本概念，以及DSP系统的构成、特点、设计过程和开发方法，重点对DSP芯片的一些基础知识进行了阐述，学习掌握这些基础知识可以为后续知识的学习奠定基础。•本书的原理与方法适用于所有DSP芯片。在举例说明时，主要以TMS320C5000中的TMS320C54x/C55x为主。1.4小结（1）DSP算法的实现方法主要有哪些？（2）简述DSP应用系统的典型构成和特点。（3）简述DSP应用系统的一般设计过程。（4）开发DSP应用系统，一般需要哪些软硬件工具？（5）什么是可编程DSP芯片？它有什么特点？1.5习题与思考题（6）简述DSP芯片的发展历程。（7）什么是定点DSP芯片和浮点DSP芯片？各有什么优缺点？（8）设计DSP应用系统时，如何选择合适的DSP芯片？（9）TMS320VC5416-160工作在160MHz时的指令周期是多少ns？它的运算速度是多少MIPS？当工作在100MHz时，其指令周期和运算速度又是多少？1.5习题与思考题（10）一个DSP系统的采样频率是10kHz，采用的DSP芯片的指令周期是10ns。如果某DSP算法是按样点处理的，问算法实时运行的条件是什么？如果DSP算法是按帧处理的，且帧长是10ms，则在一帧时间内最多可运行多少个指令周期？（11）写出以下缩写词的中英文全称：DSP、TI、MAC、MIPS、MOPS、MFLOPS、BOPS、DIP、PGA、PLCC、PQFP、PWM。1.5习题与思考题