第2章TMS320C6000DSP芯片概述

第2章TMS320C6000DSP芯片概述数字信号处理器原理A西安邮电大学通信与信息工程学院2014年3月第2/100页目录第2章TMS320C6000DSP芯片概述2.1DSP芯片概述2.1.1主要类型2.1.2TI公司的DSP芯片2.1.3TI公司DSP芯片的命名规则2.2TMS320DM642DSP芯片概况2.2.1DM642概述2.2.2DMS642的器件特性2.2.3DM642原理框图2.2.4DM642的应用领域第3/100页本章学习目标了解DSP芯片的分类;了解TI公司的DSP芯片类型；掌握TI公司芯片的命名规则；掌握DM642芯片的器件特性、原理框图；了解DM642芯片的应用领域；知识要点：DM642的器件特性、原理框图。第4/100页前言随着信息技术的高速发展，数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)的应用范围越来越广，普及率越来越高;DSP的应用领域主要包括：图形图像领域（如图形变换、图像压缩、图像传输、图像增强、图像识别等）自动化控制领域（如导航和定位、振动分析、磁盘驱动、激光打印、机器人控制等）消费电子领域（如智能玩具、扫描仪、机顶盒、VCD/DVD、可视电话、传真机等）第5/100页前言电子通信领域（如蜂窝电话、IP电话、无线调制解调器、数字语音嵌入等）语音处理领域（如语音综合、语音增强、语音识别、语音编码等）工业应用领域（如数字控制、机器人技术、在线监控等）仪器仪表领域（如数字滤波器、函数发生器、瞬时分析仪、频谱分析仪、数据采集仪器等）医疗器械领域（如诊断设备、助听器、病情监控器、心电图设备、超声设备等）军事领域（如导弹制导、导航、雷达、保密通信等）第6/100页2.1DSP芯片概述2.1.1主要类型DSP芯片主要分为以下两大类：(1)专用DSP芯片这类芯片被设计和加工成独立的电路模块，只能完成功能单一的任务；它们的使用场合比较特殊，通常应用于高速信号处理环境中，如执行FFT运算、数值滤波运算、卷积运算等；专用DSP芯片通过硬件逻辑实现信号处理算法，而不是采用内部编程的方法；这种机制保证了芯片的执行效率、提高了其运算速度；专用DSP芯片在应用中无须程序设计。只要根据其功能设计外围电路即可。第7/100页2.1DSP芯片概述2.1.1主要类型DSP芯片主要分为以下两大类：(2)通用可编程数字信号处理器ProgrammableDigitalSignalProcessor；这类芯片通过嵌入内部的程序来调用自身的硬件资源；使用起来更加灵活，应用领域也更加广泛。第8/100页2.1DSP芯片概述DSP与单片机之间的联系与区别：狭义上讲DSP是一种“更高”级别的单片机它有着和单片机类似的输入输出引脚、定时器、计数器、外设接口、数据地址总线等，两者在功能组织方面存在着很多类似之处。DSP和单片机在应用领城中也有重叠的区域，比如二者均可以用在自动控制、信号处理和通信等领域，它们在这些领域中所起的作用．扮演的角色也类似。但是，从深层次上分析，DSP和单片机之间又存在本质上的不同，表现为以下几个方面：第9/100页2.1DSP芯片概述DSP与单片机之间的联系与区别：硬件资源方面的不同之处DSP具有较高的主频，DSP主频一般为几百兆赫，单片机的主频通常为几兆赫到几十兆赫，DSP主频远远高于单片机主频DSP和单片机在主频上的差异决定了两者在处理数据速度上的巨大差距;在硬件结构方面，DSP具有更多的数据总线和地址总线，并行处理数据的能力更加强大，DSP器件的数字信号处理功能表现尤为突出，TMS320DM642强大的视频处理功能就是一个典型的例子。第10/100页2.1DSP芯片概述DSP与单片机之间的联系与区别：处理事务能力方面的不同之处DSP拥有强大且高效的硬件资源，其应用领域广、应用层面高，DSP的应用范围已远远超越了单片机的应用范围；DSP能够处理更加复杂的综合性事务，涉及视频、音频、网络、图形图像等多种领域。以上比较可帮助读者更好地理解DSP芯片的功能和作用。应用系统使用DSP芯片还是单片机应视具体环境和要求而定，尽管DSP芯片拥有较高的运算速度，但DSP电路系统设计复杂，研发成本高，所以并不是所有的场合都适合选用DSP芯片。第11/100页2.1DSP芯片概述DSP的主要生产厂商DSP芯片的生产厂家很多，类型多样，主要的产品如表2-1所示第12/100页2.1DSP芯片概述2.1.2TI公司的DSP芯片TI公司是DSP芯片的主要生产厂家之一；该公司研发出多款高性能的DSP产品，例如：定点型DSP芯片C1x、C2x、C2xx、C5x、C54x和C6x等；浮点型DSP芯片C3x、C4x、C67x等；多处理器型DSP芯片C8x等。从DSP芯片出现的先后顺序来看，TT公司的DSP产品主要经历了7个发展阶段，如表2-2所示：第13/100页2.1DSP芯片概述TT公司的DSP产品的7个发展阶段：第14/100页2.1DSP芯片概述TT公司的DSP产品的7个发展阶段：第15/100页2.1DSP芯片概述TT公司的DSP产品的7个发展阶段：第16/100页2.1DSP芯片概述从功能上来划分，TI公司的DSP芯片主要包括如下4个系列：TMS320C2000TMS320C3000TMS320C5000TMS320C6000第17/100页2.1DSP芯片概述MS320C2000系列DSP芯片：硬件结构更多地考虑了工业应用环境，适合在机电控制、电力电子系统中应用，如照明控制、光纤网络、工业自动化等相关产品。TMS320C3000系列DSP芯片：适合在数字音频、激光打印机、扫描仪、读码器、视频会议、工业自动化、机器人和伺服控制产品中应用。第18/100页2.1DSP芯片概述TMS320C5000系列DSP芯片：适合通信设备的开发，如媒体播放器、3G电话、电子图书、无线Modem、GPS接收装置、指纹识别系统等；TMS320C6000系列DSP芯片：硬件结构功能强大，适用于高速信号处理设备中，如图像图形处理、无线网络、多媒体网关、宽带视频转换器、视频主/从模式服务器和网络相机等。第19/100页2.1.3TI公司DSP芯片的命名规则TI公司的DSP芯片类型多样，在选择DSP芯片时一定要仔细辨别芯片表面的标识，以免选错器件；以TMS32OC6412型DSP芯片为例，介绍TI公司DSP芯片的命名规则，TMS320C6412芯片的符号含义如下：第20/100页2.1.3TI公司DSP芯片的命名规则第21/100页2.1.3TI公司DSP芯片的命名规则第22/100页2.1.3TI公司DSP芯片的命名规则第23/100页2.1.3TI公司DSP芯片的命名规则第24/100页2.2TMS320DM642DSP芯片概况前言TMS320DM642是TI公司于2003年左右推出的一款32位定点DSP芯片，主要面向数字媒体，属于C6000系列DSP芯片;DM642保留了C64x原有的内核机构及大部分外设的基础上增加了3个双通道数字视频口，可同时处理多路数字视频流。第25/100页2.2TMS320DM642DSP芯片概况2.2.1DM642概述TMS320C64xDSP芯片（包括TMS320DM642的装置）是TMS320C6000DSP平台上具有最高性能的定点DSP；TMS320DM642(DM642)是基于由德州仪器（TI）开发的超长指令字(VLIW)结构，因而DM642芯片是数字媒体应用的最优选择。第26/100页2.2TMS320DM642DSP芯片概况2.2.1DM642概述DM642在主频720MHz下处理速度达到5760MIPS，C64xDSP核具有64个32位字长的通用寄存器和8个独立的功能单元;DM642每周期能够提供4个16位MACs，每秒可提供2880百万个MACs，或者8个8位MACs，每秒5760MMACs。第27/100页DM642的结构框图ThePCIperipheralismuxedwiththeHPI(32/16),EMAC,andMDIOperipherals.TheVideoPort0(VP0)peripheralismuxedwiththeMcBSP0peripheralandtheMcASP0controlpins.TheVideoPort1(VP1)peripheralismuxedwiththeMcBSP1peripheralandtheMcASP0datapins.第28/100页2.2TMS320DM642DSP芯片概况2.2.1DM642概述DM642具有一个两层的缓存结构和一个强大且多样的外设设备；第一层的程序缓存（L1P）是一个128比特的直接映射缓存，第一层的数据缓存（L1D）是一个128比特的2路组相连高速缓存；第二层的存储器/缓存(L2)是由被程序和数据空间共享的2兆比特的存储空间组成；第二层的存储器可以由映射存储器、缓存或由二者混合组成。第29/100页第30/100页2.2TMS320DM642DSP芯片概况2.2.1DM642概述DM642外围设备包括：3个可配置的视频端口；1个10/100Mb/s的以太网媒体访问控制（EMAC）；1个管理数据输入/输出(MDIO)模块；1个VCXO内插控制端口(VIC)；1个多通道缓冲音频串口(McASP0)；1个集成电路接口模块；2个多通道缓冲穿行端口(McBSPs)；第31/100页2.2TMS320DM642DSP芯片概况2.2.1DM642概述3个32比特的通用定时器；1个用户可以配置的16比特或32比特的主机口界面(HPI16/HPI32)；1个外设连接接口(PCI)；1个16脚的具有程序可控的中断/时间生成模式的通用输入/输出口(GP0)；1个内能够和同步、异步存储器以及外设相联的无缝连接的外部存储接口（EMIFA）。第32/100页2.2TMS320DM642DSP芯片概况2.2.1DM642概述DM642具有3个可配置的视频端口外设(VP0,VP1,VP2)：通用的视频解码与编码设备提供了一个无缝连接的接口；DM642视频端口外设支持多分辨率和视频标准（例如：CCIR601,ITU−BT.656,BT.1120,SMPTE125M,260M,274M,and296M）；3个视频端口(VP0,VP1,VP2)外设是可以配置的，并且支持视频捕捉和视频演示模式；每个视频端口由两个通道组成(A和B),每个通道具有一个5120字节捕捉/显示的缓冲区。第33/100页2.2TMS320DM642DSP芯片概况2.2.1DM642概述DM642的多通道缓冲音频串口（McASP0）：提供了一个发射和一个接受时钟区，有8个串行数据引脚，能够分别设置到这两个区域；DM642拥有足够的带宽支持8个串行数据脚传送192kHz的立体声信号；此外，McASP0可以同时地被编程为输出多种（S/PDIF,IEC60958,AES-3,CP-430）编码数据通道；McASP0也具有差错检查和恢复特征，比如可检测不利高频主时钟的时钟探测电路，它可以检验主时钟是否在一个可编程频率范围内。第34/100页2.2TMS320DM642DSP芯片概况2.2.1DM642概述VCXO内插控制(VIC)端口提供了分辨率为9比特到16比特数模转换。VIC的输出是一个比特内插D/A输出。以太网媒体接入控制器(EMAC)在DM642DSP内核处理器和网络之间提供了一个有效的接口；DM642EMAC具有硬件信息流控制和服务质量(QOS)支持，无论是半双工还是双工模式，它都支持10Base-T和100Base-TX,或10Mbps和100Mbps。DM642EMAC使用定制的接口与