绪论《TMS320C54XDSP结构、原理及应用》.ppt

嘴巴甜一点，脑筋活一点；行动快一点，效率高一点；做事多一点，理由少一点；肚量大一点，脾气小一点。,21世纪,信息社会,数字化时代,数字信号,模拟信号,数字信号处理,D S P 原理 与 应 用The principle and application of DSP,第一章 绪论,知识要点本章主要对数字信号处理进行简要介绍数字信号处理DSP基本知识；可编程DSP芯片发展、特点、分类、应用和发展趋势；DSP系统构成、特点、设计过程以及芯片的选择；DSP产品,第一章 绪论,什么是DSP?DSP(Digital Signal Processing)理论层面：涉及多门学科并广泛应用于许多科学和工程领域的新兴学科，主要研究数字信号处理的理论和方法；语音图像压缩编码，加密解密，调制解调，智能天线等。应用层面：利用专门或通用数字信号处理芯片，通过数字计算的方法对信号进行处理的方法与技术；如：处理速度与运算精度。DSP(Digital Signal Processor)用于数字信号处理的可编程微处理器；相关技术：MCU,CPU,第一章 绪论,DSP的理论基础以众多的经典理论体系作为自己的理论基础，同时它又是新兴学科理论基础。经典理论体系微积分，概率统计，随机过程，数值分析，网络理论，通信理论，控制论。新兴学科人工智能，模式识别，神经网络等。,DSP的实现方法,PC机软件实现主要用于DSP算法的模拟与仿真，验证算法的正确性和性能;灵活方便，但速度较慢。PC机+专用处理机运算能力强、处理速度快；但专用性强，不适合嵌入式应用，应用受到很大的限制。通用单片机适用于简单的DSP算法，完成一些不太复杂的数字信号处理任务，如数字控制等；但不适合复杂的密集DSP算法（如乘法-累加等）。,DSP的实现方法,专用DSP芯片（特殊功能：如FFT、数字滤波、卷积、相关等算法）这种芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现，无须进行编程。处理速度极高，但专用性强，应用受到限制。基于DSP核的ASIC芯片DSP核（DSP器件的CPU）配以用户资源（存储器和外设）组成的专用集成电路。通用可编程DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法，特点是灵活、速度快，可实时处理。,DSP系统的特点,与模拟系统(ASP)相比，DSP系统有如下特点：精度高、可靠性强仅受量化误差及有限字长影响，信噪比高，器件性能影响小灵活性强，可程控可通过对芯片编程改变其处理功能，从而达到不同的目的，而无需重新设计电路、布线与制版；DSP芯片提供高速计算平台，可实现复杂的信号处理算法。接口简单、方便电气特性简单，数据流采用标准协议集成度高，保密性强可编程芯片的采用，隐蔽内部逻辑及总线,可编程DSP芯片,DSP芯片的结构特点（1）哈佛结构,可编程DSP芯片,DSP芯片的结构特点（1）哈佛结构（2）多总线结构多总线结构可以保证在一个机器周期内多次访问程序空间和数据空间。（3）流水线技术DSP处理器流水线技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行，而不是一条指令执行完成之后，才开始执行下一条指令。,可编程DSP芯片,DSP芯片的结构特点（4）多处理器结构DSP内部一般包括多个处理单元，如 ALU、ARAU、ACC及MUL等，可以在一个指令周期内同时进行运算。（5）指令周期短、功能强制造工艺影响运算速度:4m NMOS，亚微米CMOS；特殊专用指令（6）运算精度高字长：8位，16位、24位、32位；累加器达到40位，防溢出。浮点DSP（7）功耗低一般DSP芯片功耗为0.54W。低功耗0.1W，0.25mW（8）外设丰富，硬件配置强HPI,DMAC,SP,PLL,可编程DSP芯片,DSP芯片的分类按基础特性分类静态DSP一致性DSP按用途分类通用型专用型按数据格式分类定点型浮点型,DSP芯片现状及发展趋势,发展历程1978年，AMI公司S2811，第一片DSP诞生1979年，Intel公司2920，DSP的里程碑1980年，NEC公司uPD7720，乘法器商用DSP1990s，DSP芯片趋于成熟2000s，DSP芯片趋于完善主要厂商：美国德州仪器公司（TI公司）美国摩托罗拉公司美国Analog Devices公司美国AT&T公司Lucent公司,DSP芯片现状及发展趋势,DSP发展现状制造工艺NMOS 亚微米CMOS 深亚微米CMOS 存储器容量片内由几百 几百K；片外可达Mbit甚至Gbit级内部结构多处理单元，多总线，多级流水线，接口完善运算速度指令周期400ns 10ns，速度 2.5MIPS 2000MIPS以上集成规模集成A/D,D/A,滤波 模拟混合式DSP运算精度字长8 16 24 32位；累加器40位开发工具Simulator Emulator C-Compiler CCS低功耗,DSP芯片现状及发展趋势,TI公司DSP芯片介绍第一代：TMS32010及其系列产品（1982年）第二代：TMS32020、TMS320C25/C26/C28第三代：TMS320C30/C31/C32第四代：TMS320C40/C44第五代：TMS320C50/C51/C52/C53/C54第六代：TMS320C62x/C64x/C67xTI公司的系列DSP产品已经成为最具影响力的DSP芯片，全球市场份额近50%。,DSP芯片现状及发展趋势,国内DSP发展概况1983年引进TI公司TMS320C2010核心芯片主要来自海外TI公司居首，约占90%Lucent、AD、Motorola、ZSP和NECDSP应用系统的研发国内知名公司瑞泰科技闻亭公司合众达,DSP芯片现状及发展趋势,DSP发展趋势总体趋势高性能、低功耗、技术融合和应用拓展。主要体现制造工艺；内核结构的提升；DSP与MPU融合；DSP与高档CPU的融合；DSP与SOC融合；DSP与FPGA融合；RTOS与DSP融合；RISC架构的并行处理；降低功耗。,DSP应用领域,信号处理滤波、自适应、卷积、FFT、希伯特变换、频谱分析等；语音处理语音编码/会议/识别/信箱等；图像处理二维/三维图形变换、模式识别、图像识别、电子地图、机器人视觉等；仪器仪表函数发生器、数据采集等；自动控制机器人控制、发动机控制等；医学工程心/脑电图、监护、超声、X射线扫描等；消费电子HDTV(高清度电视)、高保真音响、数字电话、电子玩具等；,DSP应用领域,工业生产数字控制，机器人技术，自动检测，智能传感等数字通信纠错编/译码、自适应均衡、回波抵消、同步、分集接收、数字调制/解调、扩频通信、软件无线电等；国防军事雷达与声呐信号处理、导航、导弹制导、保密通信、全球定位、电子对抗、情报收集与处理等。,DSP应用系统设计概览,DSP应用系统设计概览,需求分析与设计目标根据用户需求，确定设计目标，撰写设计说明书；算法设计与优化算法仿真和模拟(如MATLAB)实现：验证算法的正确性、精度和效率，以确定最佳算法，并初步确定相应的参数；核算算法复杂度：选择DSP的重要因素;影响目标板的DSP结构（如采用单DSP还是多DSP，并行结构还是串行结构等）；算法优化：提高算法的效率;使算法更加适合DSP的体系结构（如对算法进行并行处理的分解或流水处理的分解等），以便获得运算量最小和使用资源最少的算法。DSP芯片及外围芯片选择根据算法的运算速度、精度和存储要求等参数选择DSP芯片及外围芯片，不同的DSP芯片有其不同的应用领域。,DSP应用系统设计概览,DSP应用系统设计概览,软、硬件设计按选定的算法和DSP芯片对系统的各项功能进行软硬件分工。根据系统技术指标进行硬件设计，完成DSP芯片外围电路和其他电路(如转换、控制、存储、输出输入等电路)的设计。根据系统技术指标要求和所确定的硬件编写相应的DSP应用程序，完成软件设计（语言的选择）软、硬件调试硬件调试与软件调试是否达到预期设计目标系统集成与测试可以将软件脱离开发系统而直接在应用系统上运行，评估是否完成设计目标。,课程组织结构,DSP技术TMS320C54X,硬件结构,指令系统,汇编语言程序设计,DSP外设、接口,硬件设计,CCS开发平台,应用程序设计,How to,先修课程高等数学数字信号处理(视具体应用需求)单片机原理汇编语言C/C+语言Matlab语言（算法仿真）课内课外结合在理解、消化课堂知识的基础上，多阅读参考文献，包括论文、参考教材等,How to,网络资源利用充分利用计算机网络进行相关文献资源的搜集与整理勤思考多实践DSP是一门实践性很强的课程，务必充分利用实验室现有宝贵的软硬件资源进行实战演练切莫畏难而退DSP技术并非一蹴而就，要有充分的思想准备,参考文献,1邹彦等.DSP原理与应用M.北京:电子工业出版社2郑红,吴冠.TMS320C54X应用系统设计M.北京:北京航空航天大学出版社3清源科技.TMS320C54X DSP应用程序设计教程M.北京:清华大学出版社4网络课堂.http:/OL5TI公司网站.OL661IC网站.http:/www.61IC.COM OL7Google搜索引擎.http:/OL,