第1章 DSP绪论.ppt

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1、绪论绪论 内容提要内容提要 进入进入2121世纪之后，数字化浪潮正在席卷全球，数世纪之后，数字化浪潮正在席卷全球，数 字信号处理器字信号处理器DSPDSP（Digital Signal ProcessorDigital Signal Processor）正是）正是 这场数字化革命的核心，无论在其应用的广度还是这场数字化革命的核心，无论在其应用的广度还是 深度方面，都在以前所未有的速度向前发展。深度方面，都在以前所未有的速度向前发展。本章本章 主要对数字信号处理进行简要介绍。主要对数字信号处理进行简要介绍。 首先对数字信号处理进行了概述，介绍了首先对数字信号处理进行了概述，介绍了DSPDSP的的

2、 基本知识；接着介绍了可编程基本知识；接着介绍了可编程DSPDSP芯片，对芯片，对DSPDSP芯片芯片 的发展、特点、分类、应用和发展趋势作了论述；的发展、特点、分类、应用和发展趋势作了论述； 然后介绍然后介绍DSPDSP系统，对系统，对DSPDSP系统的构成、特点、设计系统的构成、特点、设计 过程以及芯片的选择进行了详细的介绍；最后对过程以及芯片的选择进行了详细的介绍；最后对DSPDSP 产品作了简要介绍。产品作了简要介绍。 逼 畸 佑 绑 歉 汹 碉 扑 舷 皮 邑 眼 惠 专 广 龙 淋 韵 掺 认 钡 准 馅 斩 蔽 煤 堂 沂 凄 史 砒 婶 第 1 章 D S P 绪 论 第 1

3、章 D S P 绪 论 Date1DSP原理及应用 绪论绪论 知识要点知识要点 数字信号处理数字信号处理 DSPDSP芯片的特点芯片的特点 DSPDSP系统系统 DSPDSP系统的设计过程系统的设计过程 歹 参 滨 购 璃 绍 献 陶 婶 频 邪 膏 溜 豢 挑 旬 择 盘 堵 谤 魏 巾 氦 应 腊 细 捞 贴 逝 贝 撒 普 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date2DSP原理及应用 绪论绪论 0.1 数字信号处理概述 0.2 可编程DSP芯片 0.3 DSP系统 0.4 DSP产品简介 瓜 枉 狈 阑 盂 略 亚 榔 辗 杂 醋 蜕 顿 详 检 金 涕 情

4、 见 氨 蜗 娟 隘 春 踪 好 埃 赁 渭 紊 鳞 吱 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date3DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 0.1 0.1 数字信号处理概述数字信号处理概述 数字信号处理（简称数字信号处理（简称DSPDSP）是一门涉及多门学科并广泛应）是一门涉及多门学科并广泛应 用于很多科学和工程领域的新兴学科。用于很多科学和工程领域的新兴学科。 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字的数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字的 形式对信号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估算、压形式对信号进行分析、采集、合成、变

5、换、滤波、估算、压 缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传 输与应用。输与应用。 数字信号处理是以众多学科为理论基础数字信号处理是以众多学科为理论基础, ,它所涉及的范围它所涉及的范围 极其广泛。如数学领域中的微积分、概率统计、随机过程、极其广泛。如数学领域中的微积分、概率统计、随机过程、 数字分析等都是数字信号处理的基础工具。它与网络理论、数字分析等都是数字信号处理的基础工具。它与网络理论、 信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等密切相关。信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等密切相关。 悔 学 休 除 规 乌 根 窿

6、 靡 朽 披 厌 鉴 注 纷 彤 呕 门 激 晾 呕 倒 癸 令 议 征 屑 趴 萎 汪 扫 陷 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date4DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 DSPDSP可以代表数字信号处理技术（可以代表数字信号处理技术（Digital SignalDigital Signal Processing Processing）, ,也可以代表数字信号处理器（也可以代表数字信号处理器（Digital Digital Signal ProcessorSignal Processor）。前者是理论和计算方法上的技术）。前者是理论和计

7、算方法上的技术, , 后者是指实现这些技术的通用或专用可编程微处理器后者是指实现这些技术的通用或专用可编程微处理器 芯片。芯片。 数字信号处理包括两个方面的内容数字信号处理包括两个方面的内容: : 1 1算法的研究算法的研究 2 2数字信号处理的实现数字信号处理的实现 败 躇 沥 颂 程 倒 炎 廖 帽 等 身 级 捅 劝 辉 颂 孟 冠 蜗 匡 惩 崖 逗 貌 谈 刻 彰 按 捡 泛 姥 兑 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date5DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1 1算法的研究算法的研究 算法的研究是指如何以最小的运算量和存储器的

8、算法的研究是指如何以最小的运算量和存储器的 使用量来完成指定的任务，如使用量来完成指定的任务，如2020世纪世纪6060年代出现的快年代出现的快 速傅里叶变换（速傅里叶变换（FFTFFT），使数字信号处理技术发生了），使数字信号处理技术发生了 革命性的变化。革命性的变化。 近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅 速的发展，诸如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴速的发展，诸如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴 别，信号的调制与解调、加密和解密，信道的辨识与别，信号的调制与解调、加密和解密，信道的辨识与 均衡，智能天线，频谱分析等各种快速算法都成为研均衡，

9、智能天线，频谱分析等各种快速算法都成为研 究的热点、并取得了长足的进步，为各种实时处理的究的热点、并取得了长足的进步，为各种实时处理的 应用提供了算法基础。应用提供了算法基础。 芜 卫 筋 汀 辖 奖 蛀 蔡 松 陇 抖 努 氓 减 猾 雷 唤 切 陌 殷 钠 售 憋 沽 襄 驱 箔 居 递 鸭 酿 提 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date6DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 2 2数字信号处理的实现数字信号处理的实现 数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬结数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬结 合的方法来实现各种算法。数字信号处理

10、的实现一般合的方法来实现各种算法。数字信号处理的实现一般 有以下几种方法：有以下几种方法： 在通用计算机（在通用计算机（PCPC机）上用软件（如机）上用软件（如FortranFortran、C C语言语言 ）实现，但速度慢，不适合实时数字信号处理，只用于算法的）实现，但速度慢，不适合实时数字信号处理，只用于算法的 模拟；模拟； 在通用计算机系统中加入专用的加速处理机实现，用在通用计算机系统中加入专用的加速处理机实现，用 以增强运算能力和提高运算速度。不适合于嵌入式应用，专用以增强运算能力和提高运算速度。不适合于嵌入式应用，专用 性强，应用受到限制；性强，应用受到限制； 用单片机实现，用于不太复

11、杂的数字信号处理。不适用单片机实现，用于不太复杂的数字信号处理。不适 合于以乘法合于以乘法- -累加运算为主的密集型累加运算为主的密集型DSPDSP算法；算法； 用通用的可编程用通用的可编程DSPDSP芯片实现，具有可编程性和强大芯片实现，具有可编程性和强大 的处理能力，可完成复杂的数字信号处理的算法，在实时的处理能力，可完成复杂的数字信号处理的算法，在实时DSPDSP 领域中处于主导地位；领域中处于主导地位； 用专用的用专用的DSPDSP芯片实现，可用在要求信号处理速度极芯片实现，可用在要求信号处理速度极 快的特殊场合，如专用于快的特殊场合，如专用于FFTFFT、数字滤波、卷积、相关算法的、

12、数字滤波、卷积、相关算法的 DSPDSP芯片，相应的信号处理算法由内部硬件电路实现。用户无芯片，相应的信号处理算法由内部硬件电路实现。用户无 需编程，但专用性强，应用受到限制；需编程，但专用性强，应用受到限制； 用基于通用用基于通用DSPDSP核的核的ASICASIC芯片实现。随着专用集成电芯片实现。随着专用集成电 路路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的广泛使用的广泛使用, ,可可 以将以将DSPDSP的功能集成到的功能集成到ASlCASlC中。一

13、般说来，中。一般说来，DSPDSP核是通用核是通用DSPDSP 器件中的器件中的CPUCPU部分，再配上用户所需的存储器部分，再配上用户所需的存储器( (包括包括CacheCache、 RAMRAM、ROMROM、flashflash、EPROM)EPROM)和外设和外设( (包括串口、并口、主机包括串口、并口、主机 接口、接口、DMADMA、定时器等、定时器等) )，组成用户的，组成用户的ASICASIC。 隅 疫 菊 盅 亲 蔫 砌 尺 宣 粗 纳 陌 榨 狂 颊 距 她 图 种 侄 唯 劳 融 状 撇 谜 铜 端 逛 涂 藩 涪 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪

14、 论 Date7DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2 1.2 可可编编编编程程DSPDSP芯片芯片 数字信号处理器（数字信号处理器（DSPDSP）是一种特别适合于进行）是一种特别适合于进行 数字信号处理运算的微处理器，主要用于实时快速实数字信号处理运算的微处理器，主要用于实时快速实 现各种数字信号处理的算法。现各种数字信号处理的算法。 在在2020世纪世纪8080年代以前，由于受实现方法的限制年代以前，由于受实现方法的限制, , 数字信号处理的理论还不能得到广泛的应用。直到数字信号处理的理论还不能得到广泛的应用。直到2020 年及年及8080年代初，世界上第一块单片

15、可编程年代初，世界上第一块单片可编程DSPDSP芯片的芯片的 诞生，才使理论研究成果广泛应用到实际的系统中，诞生，才使理论研究成果广泛应用到实际的系统中， 并且推动了新的理论和应用领域的发展。可以毫不夸并且推动了新的理论和应用领域的发展。可以毫不夸 张地讲，张地讲，DSPDSP芯片的诞生及发展对近芯片的诞生及发展对近2020年来通信、计年来通信、计 算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。 葛 仓 峨 谈 罪 仙 饱 趴 舶 画 踌 照 屑 卜 演 策 悠 洪 湃 茶 枚 邱 芥 辣 肚 孩 效 杖 孕 误 吞 览 第 1 章 D S P 绪

16、 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date8DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1 1. .2 2. .1 DSP1 DSP芯片的发展概况芯片的发展概况 DSPDSP芯片诞生于芯片诞生于2020世纪世纪7070年代末，至今已经得到年代末，至今已经得到 了突飞猛进的发展，并经历了以下三个阶段。了突飞猛进的发展，并经历了以下三个阶段。 第一阶段，第一阶段，DSPDSP的雏形阶段（的雏形阶段（19801980年前后）。年前后）。 19781978年年AMIAMI公司生产出第一片公司生产出第一片DSPDSP芯片芯片S2811S2811。 19791979年美国年美国Intel

17、Intel公司发布了商用可编程公司发布了商用可编程DSPDSP器件器件Intel2920,Intel2920, 由于内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据由于内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据 处理能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为单指处理能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为单指 令周期令周期200250ns200250ns，应用领域仅局限于军事或航空航天部门。，应用领域仅局限于军事或航空航天部门。 这个时期的代表性器件主要有：这个时期的代表性器件主要有：Intel2920Intel2920（IntelIntel）、）、 PD7720PD772

18、0（NECNEC）、）、TMS32010TMS32010（TITI）、）、DSP16DSP16（AT&TAT&T）、）、 S2811S2811（AMIAMI）、）、ADSp21ADSp21（ADAD）等。）等。 熏 栖 祥 屋 从 蜀 俯 抚 殷 踩 郡 异 嘛 谣 时 雹 蟹 按 冯 科 邵 院 括 讽 秽 梆 魁 蛛 虹 耳 藻 柱 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date9DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1 1. .2 2. .1 DSP1 DSP芯片的发展概况芯片的发展概况 第二阶段，第二阶段，DSPDSP的成熟阶段（的成熟阶段

19、（19901990年前后）。年前后）。 这个时期的这个时期的DSPDSP器件在硬件结构上更适合数字信号处理的器件在硬件结构上更适合数字信号处理的 要求，能进行硬件乘法、硬件要求，能进行硬件乘法、硬件FFTFFT变换和单指令滤波处理，其变换和单指令滤波处理，其 单指令周期为单指令周期为80100ns80100ns。 如如TITI公司的公司的TMS320C20TMS320C20，它是该公司的第二代，它是该公司的第二代DSPDSP器件器件, , 采用了采用了CMOSCMOS制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为 语音处理、图像硬件处理技术的发展奠定了基础

20、。语音处理、图像硬件处理技术的发展奠定了基础。 2020世纪世纪8080年代后期，以年代后期，以TITI公司的公司的TMS320C30TMS320C30为代表的第为代表的第 三代三代DSPDSP芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范 围逐步扩大到通信、计算机领域。围逐步扩大到通信、计算机领域。 这个时期的器件主要有这个时期的器件主要有:TI:TI公司的公司的TMS320C20TMS320C20、3030、4040、 5050系列，系列，MotorolaMotorola公司的公司的DSP5600DSP5600、96009600系列，系列，AT

21、&TAT&T公司的公司的 DSP32DSP32等。等。 妮 饼 并 缨 绵 翔 蒂 颗 搔 锡 侗 阮 欢 稚 墒 闽 墅 舞 钡 秃 销 惧 赋 蔬 娟 拣 铸 峡 贝 孙 餐 隶 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date10DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1 1. .2 2. .1 DSP1 DSP芯片的发展概况芯片的发展概况 第三阶段，第三阶段，DSPDSP的完善阶段（的完善阶段（20002000年以后）。年以后）。 这一时期各这一时期各DSPDSP制造商不仅使信号处理能力更加完善制造商不仅使信号处理能力更加完善, ,而且而且 使

22、系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降使系统开发更加方便、程序编辑调试更加灵活、功耗进一步降 低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上低、成本不断下降。尤其是各种通用外设集成到片上, ,大大地提大大地提 高了数字信号处理能力。这一时期的高了数字信号处理能力。这一时期的DSPDSP运算速度可达到单指运算速度可达到单指 令周期令周期10ns10ns左右，可在左右，可在WindowsWindows环境下直接用环境下直接用C C语言编程语言编程, ,使用使用 方便灵活，使方便灵活，使DSPDSP芯片不仅在通信、计算机领域得到了广泛的芯片不仅在通信、计算机领域得到了广泛的 应用，而且

23、逐渐渗透到人们日常消费领域。应用，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。 目前目前,DSP,DSP芯片的发展非常迅速。硬件方面主要是向多处理芯片的发展非常迅速。硬件方面主要是向多处理 器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容器的并行处理结构、便于外部数据交换的串行总线传输、大容 量片上量片上RAMRAM和和ROMROM、程序加密、增加、程序加密、增加I/OI/O驱动能力、外围电路驱动能力、外围电路 内装化、低功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台的内装化、低功耗等方面发展。软件方面主要是综合开发平台的 完善，使完善，使DSPDSP的应用开发更加灵活方便。的应用开发更加灵活方便。 敷

24、 窗 衍 饺 枷 复 恤 嫂 苹 柴 递 者 肥 惋 啮 妇 木 趴 承 唁 馏 磐 献 漠 琴 洪 孔 杂 丈 酌 孕 郧 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date11DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2.2 DSP1.2.2 DSP芯片的特点芯片的特点 数字信号处理不同于普通的科学计算与分析，它强调运数字信号处理不同于普通的科学计算与分析，它强调运 算的实时性。除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控算的实时性。除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控 制能力外制能力外, ,针对实时数字信号处理的特点针对实时数字信号处理的特点,

25、,在处理器的结构、指在处理器的结构、指 令系统、指令流程上作了很大的改进令系统、指令流程上作了很大的改进, ,其主要特点如下：其主要特点如下： 1 1采用哈佛结构采用哈佛结构 DSPDSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构 或改进的哈佛结构或改进的哈佛结构, ,比传统处理器的冯比传统处理器的冯 诺伊曼结构有更快的指诺伊曼结构有更快的指 令执行速度。令执行速度。 霍 诵 郊 爪 亮 栏 赐 于 肇 瑚 缮 曾 俊 哭 攀 续 撰 肤 誉 匣 却 渐 哆 捞 琶 戮 裹 橡 珠 蠢 岳 拧 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P

26、 绪 论 Date12DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1 1采用哈佛结构采用哈佛结构 (1) (1) 冯冯 诺伊曼（诺伊曼（Von NeumanVon Neuman）结构）结构 该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个 存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作 数都是通过一条总线分时进行。数都是通过一条总线分时进行。 当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操 作数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作

27、速作数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作速 度较慢。度较慢。 盼 湖 湖 往 宵 既 打 五 区 窗 孜 恕 搅 垣 犹 亢 丝 泥 可 氛 裳 暮 事 瞳 酌 望 姑 埃 泻 慎 驰 部 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date13DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1 1采用哈佛结构采用哈佛结构 (1) (1) 冯冯 诺伊曼（诺伊曼（Von NeumanVon Neuman）结构）结构 图图1.2.1 1.2.1 冯冯诺伊曼结构诺伊曼结构 CPUCPU I/OI/O口口 ROMROM 串行接口串行接口 RAMRAM 并行接口并

28、行接口 外部存储外部存储 器接口器接口 地址总线地址总线ABAB 数据总线数据总线DBDB 钎 完 僵 蒋 驼 耐 着 烬 软 葱 倘 本 枷 噎 瞎 茫 鲁 僳 鳃 熙 必 膏 言 逼 者 己 恼 缺 吧 民 复 疚 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date14DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1 1采用哈佛结构采用哈佛结构 （2 2）哈佛（）哈佛（HarvardHarvard）结构）结构 该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分 开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独开，

29、有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独 立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、 指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处 理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处 理。微处理器的哈佛结构如图理。微处理器的哈佛结构如图1.2.21.2.2所示。所示。 蚕 半 啼 巨 贝 卢 访 妈 峦 脯 沾 啮 茄 炔 脉 孙 告 攘 鸥 舜 贿 讣 次 周 咒 犁 案 膨 转 复 床 樊 第 1 章 D S P 绪 论

30、第 1 章 D S P 绪 论 Date15DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1 1采用哈佛结构采用哈佛结构 （2 2）哈佛（）哈佛（HarvardHarvard）结构）结构 外部管理数据总线 外部管理地址总线 数据总线 数据地址总线 程序数据总线 程序地址总线 CPUCPU I/OI/O口口 ROMROM 串行接口串行接口 RAMRAM 并行接口 外部存储外部存储 器接口器接口 图图1.2.2 1.2.2 哈佛结构哈佛结构 外部管理数据总线外部管理数据总线 外部管理地址总线外部管理地址总线 数据总线数据总线 数据地址总线数据地址总线 程序数据总线程序数据总线 程序地址

31、总线程序地址总线 炮 蕴 潍 钩 晓 鸦 状 歇 琵 圭 镍 邀 告 旧 蓖 倡 篓 挝 茄 茵 贸 帧 栏 诣 华 虱 稚 少 哮 海 挽 犊 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date16DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1 1采用哈佛结构采用哈佛结构 （3 3）改进型的哈佛结构）改进型的哈佛结构 改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线，即改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线，即 一条程序总线和多条数据总线。其特点如下：一条程序总线和多条数据总线。其特点如下： 允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据允许在程序空间和数据空间之

32、间相互传送数据, ,使这使这 些数据可以由算术运算指令直接调用些数据可以由算术运算指令直接调用, ,增强芯片的灵活性；增强芯片的灵活性； 提供了存储指令的高速缓冲器（提供了存储指令的高速缓冲器（cachecache）和相应的指）和相应的指 令令, ,当重复执行这些指令时当重复执行这些指令时, ,只需读入一次就可连续使用，不只需读入一次就可连续使用，不 需要再次从程序存储器中读出需要再次从程序存储器中读出, ,从而减少了指令执行作需要从而减少了指令执行作需要 的时间。如：的时间。如：TMS320C6200TMS320C6200系列的系列的DSP,DSP,整个片内程序存储整个片内程序存储 器都可以

33、配制成高速缓冲结构。器都可以配制成高速缓冲结构。 凿 婿 戮 模 磁 航 诸 批 屹 爹 宣 钉 怜 剔 猴 斥 槽 炽 聋 箭 擒 爸 房 生 烤 懂 蚀 涅 崎 陆 锐 位 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date17DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2.2 DSP1.2.2 DSP芯片的特点芯片的特点 2 2采用多总线结构采用多总线结构 DSPDSP芯片都采用多总线结构，可同时进行取指令和多个芯片都采用多总线结构，可同时进行取指令和多个 数据存取操作，并由辅助寄存器自动增减地址进行寻址，使数据存取操作，并由辅助寄存器自动增减地址

34、进行寻址，使 CPUCPU在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空间进行访在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空间进行访 问，大大地提高了问，大大地提高了DSPDSP的运行速度。如：的运行速度。如：TMS320C54xTMS320C54x系列系列 内部有内部有P P、C C、D D、E E等等4 4组总线，每组总线中都有地址总线和组总线，每组总线中都有地址总线和 数据总线，这样在一个机器周期内可以完成如下操作：数据总线，这样在一个机器周期内可以完成如下操作： 从程序存储器中取一条指令；从程序存储器中取一条指令； 从数据存储器中读两个操作数；从数据存储器中读两个操作数； 向数据存储器写一个操作

35、数。向数据存储器写一个操作数。 徽 毫 惋 啮 划 颈 重 椰 盆 葫 竖 别 疮 颠 谩 垮 义 悔 不 刚 瞎 蜒 依 作 粤 橡 阮 攘 徘 怪 损 兰 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date18DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2.2 DSP1.2.2 DSP芯片的特点芯片的特点 3 3采用流水线技术采用流水线技术 每条指令可通过片内多功能单元完成取指、译码、取操每条指令可通过片内多功能单元完成取指、译码、取操 作数和执行等多个步骤，实现多条指令的并行执行，从而在作数和执行等多个步骤，实现多条指令的并行执行，从而在 不提高系

36、统时钟频率的条件下减少每条指令的执行时间。其不提高系统时钟频率的条件下减少每条指令的执行时间。其 过程如图过程如图1.2.31.2.3所示。所示。 时钟时钟 取指令取指令 指令译码指令译码 取操作数取操作数 执行指令执行指令 T1T1T2T2T3T3T4T4 N N N-1N-1 N-2N-2 N-3N-3 N+1N+1 N N N-1N-1 N-2N-2 N+2N+2 N+1N+1 N N N-1N-1 N+3N+3 N+2N+2 N+1N+1 N N 图图1.2.3 1.2.3 四级流水线操作四级流水线操作 利用这种流水线结构，加上执行重复操作，就能保证在利用这种流水线结构，加上执行重复操

37、作，就能保证在 单指令周期内完成数字信号处理中用得最多的乘法单指令周期内完成数字信号处理中用得最多的乘法 - - 累加运累加运 算。如：算。如： 污 嫉 几 狈 陪 登 承 祖 侗 委 挂 丹 带 尺 草 寅 艺 头 拌 兽 挥 减 顺 梗 浪 恳 掣 卜 没 茨 赌 肤 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date19DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2.2 DSP1.2.2 DSP芯片的特点芯片的特点 4. 4. 配有专用的硬件乘法配有专用的硬件乘法- -累加器累加器 为了适应数字信号处理的需要，当前的为了适应数字信号处理的需要，当前

38、的DSPDSP芯片都配有芯片都配有 专用的硬件乘法专用的硬件乘法- -累加器，可在一个周期内完成一次乘法和累加器，可在一个周期内完成一次乘法和 一次累加操作，从而可实现数据的乘法一次累加操作，从而可实现数据的乘法- -累加操作。如矩阵累加操作。如矩阵 运算、运算、FIRFIR和和IIRIIR滤波、滤波、FFTFFT变换等专用信号的处理。变换等专用信号的处理。 5. 5. 具有特殊的具有特殊的DSPDSP指令指令 为了满足数字信号处理的需要，在为了满足数字信号处理的需要，在DSPDSP的指令系统中，的指令系统中， 设计了一些完成特殊功能的指令。设计了一些完成特殊功能的指令。 如：如：TMS320

39、C54xTMS320C54x中的中的FIRSFIRS和和LMSLMS指令，专门用于完指令，专门用于完 成系数对称的成系数对称的FIRFIR滤波器和滤波器和LMSLMS算法。算法。 巡 圃 午 吻 莫 意 付 诀 衰 关 估 亿 眯 捂 屎 闽 角 蚕 赦 亨 她 褒 磕 肮 詹 爽 地 裳 贱 哺 注 胃 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date20DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2.2 DSP1.2.2 DSP芯片的特点芯片的特点 6 6快速的指令周期快速的指令周期 由于采用哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、由于采用哈佛结构

40、、流水线操作、专用的硬件乘法器、 特殊的指令以及集成电路的优化设计，使指令周期可在特殊的指令以及集成电路的优化设计，使指令周期可在20ns20ns 以下。如：以下。如：TMS320C54xTMS320C54x的运算速度为的运算速度为100MIPS100MIPS，即，即100100百百 万条万条/ /秒。秒。 7 7硬件配置强硬件配置强 新一代的新一代的DSPDSP芯片具有较强的接口功能，除了具有串行芯片具有较强的接口功能，除了具有串行 口、定时器、主机接口（口、定时器、主机接口（HPIHPI）、）、DMADMA控制器、软件可编程控制器、软件可编程 等待状态发生器等片内外设外，还配有中断处理器、

41、等待状态发生器等片内外设外，还配有中断处理器、PLLPLL、 片内存储器、测试接口等单元电路，可以方便地构成一个嵌片内存储器、测试接口等单元电路，可以方便地构成一个嵌 入式自封闭控制的处理系统。入式自封闭控制的处理系统。 鳃 卷 否 箕 现 庸 剪 斧 孟 型 锹 午 斡 垛 散 梳 硅 臼 按 厂 遭 街 四 飞 旺 涡 负 矢 焚 避 俗 鹃 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date21DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2.2 DSP1.2.2 DSP芯片的特点芯片的特点 8 8支持多处理器结构支持多处理器结构 为了满足多处理器系

42、统的设计，许多为了满足多处理器系统的设计，许多DSPDSP芯片都采用芯片都采用 支持多处理器的结构。如：支持多处理器的结构。如：TMS320C40TMS320C40提供了提供了6 6个用于处理个用于处理 器间高速通信的器间高速通信的3232位专用通信接口，使处理器之间可直接对位专用通信接口，使处理器之间可直接对 通，应用灵活、使用方便；通，应用灵活、使用方便； 9 9省电管理和低功耗省电管理和低功耗 DSPDSP功耗一般为功耗一般为0 0. .54W54W，若采用低功耗技术可使功耗降，若采用低功耗技术可使功耗降 到到0 0. .25W25W，可用电池供电，适用于便携式数字终端设备。，可用电池供

43、电，适用于便携式数字终端设备。 拥 罢 年 郴 梨 启 俺 才 芥 轴 拱 蔓 倡 喝 妒 靠 阶 宋 聚 扎 椅 赐 剃 裹 戚 机 揉 腻 挺 虑 倪 贷 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date22DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2.3 DSP1.2.3 DSP芯片的分类芯片的分类 为了适应数字信号处理各种各样的实际应用，为了适应数字信号处理各种各样的实际应用，DSPDSP厂商厂商 生产出多种类型和档次的生产出多种类型和档次的DSPDSP芯片。在众多的芯片。在众多的DSPDSP芯片中，芯片中， 可以按照下列可以按照下列3 3种

44、方式进行分类。种方式进行分类。 1. 1. 按基础特性分类按基础特性分类 2. 2. 按用途分类按用途分类 3. 3. 按数据格式分类按数据格式分类 痉 剖 闹 变 孝 谚 病 嚎 踊 乙 妒 踢 铲 图 缎 脸 慨 赐 鸽 慢 戎 促 谚 舒 挟 哦 县 婿 聂 孔 焰 凭 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date23DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2.3 DSP1.2.3 DSP芯片的分类芯片的分类 1 1按基础特性分类按基础特性分类 这种分类是依据这种分类是依据DSPDSP芯片的工作时钟和指令类型进行的。芯片的工作时钟和指令类

45、型进行的。 可分为静态可分为静态DSPDSP芯片和一致性芯片和一致性DSPDSP芯片。芯片。 如果如果DSPDSP芯片在某时钟频率范围内的任何频率上都能正常芯片在某时钟频率范围内的任何频率上都能正常 工作，除计算速度有变化外，没有性能的下降，这类工作，除计算速度有变化外，没有性能的下降，这类DSPDSP芯片芯片 一般称之为静态一般称之为静态DSPDSP芯片。芯片。 例如，例如，TITI公司的公司的TMS320TMS320系列芯片、日本系列芯片、日本OKIOKI电气公司的电气公司的 DSPDSP芯片都属于这一类芯片。芯片都属于这一类芯片。 如果有两种或两种以上的如果有两种或两种以上的DSPDSP

46、芯片，它们的指令集和相应芯片，它们的指令集和相应 的机器代码及管脚结构相互兼容，则这类的机器代码及管脚结构相互兼容，则这类DSPDSP芯片被称之为一芯片被称之为一 致性的致性的DSPDSP芯片。芯片。 例如，例如，TITI公司的公司的TMS320C54xTMS320C54x。 擒 亏 雨 敞 阳 载 棘 屑 湖 芒 撞 侩 酱 绽 莉 厄 办 按 跨 遥 彼 况 说 乔 勃 硷 河 脚 关 青 谚 他 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date24DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2.3 DSP1.2.3 DSP芯片的分类芯片的分类 2

47、. 2. 按用途分类按用途分类 按照用途，可将按照用途，可将DSPDSP芯片分为通用型和专用型两大类。芯片分为通用型和专用型两大类。 通用型通用型DSPDSP芯片：芯片：一般是指可以用指令编程的一般是指可以用指令编程的DSPDSP芯片，芯片， 适合于普通的适合于普通的DSPDSP应用，具有可编程性和强大的处理能力，可应用，具有可编程性和强大的处理能力，可 完成复杂的数字信号处理的算法。完成复杂的数字信号处理的算法。 专用型专用型DSPDSP芯片：芯片：是为特定的是为特定的DSPDSP运算而设计，通常只针运算而设计，通常只针 对某一种应用，相应的算法由内部硬件电路实现，适合于数字对某一种应用，相

48、应的算法由内部硬件电路实现，适合于数字 滤波、滤波、FFTFFT、卷积和相关算法等特殊的运算。主要用于要求信、卷积和相关算法等特殊的运算。主要用于要求信 号处理速度极快的特殊场合。号处理速度极快的特殊场合。 亭 切 蹿 砸 邓 忠 形 船 扔 航 凭 韧 论 株 恫 芳 紊 份 嫂 凰 冯 天 旗 晴 锰 布 媚 廊 阔 蔽 森 均 第 1 章 D S P 绪 论 第 1 章 D S P 绪 论 Date25DSP原理及应用 第第1 1章章 DSP DSP绪论绪论 1.2.3 DSP1.2.3 DSP芯片的分类芯片的分类 3 3按数据格式分类按数据格式分类 根据芯片工作的数据格式，按其精度或动态范围，可将根据芯片工作的数据格式，按其精度或动态范围，可将 通用通用DSPDSP划分为定点划分为定点DSPDSP和浮点和浮点DSPDSP两类。两类。 若数据以定点格式工作的若数据以定点格式工作的定点定点DSPDSP芯片。芯片。 若数据以浮点格式工作的若数据以浮点格式工作的浮点浮点DSPDSP芯片。芯片。 不同的浮点不同的浮点DSPDSP芯片所采用的浮点格式有所不同，有的芯片所采用的浮点格式有所不同，有的 DSPDSP芯片采用自定义的浮点格式，有的芯片采用自定义的浮点格式，有的DSPDSP芯片则采用芯片则采用IEEEIEEE的的 标准浮点