数字信号处理09new

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1、第九章数字信号处理的硬件实现数字信号处理器DSP是专门为实现高速运算、方便编程而推出的新型微处理器，它与通用计算机的CPU和单片机在结构上有根本区别。通用计算机和单片机的结构本来有两类：一是哈佛结构，一是冯·诺伊曼结构。哈佛结构是最早的计算机结构，是由哈佛大学的物理学家A.Howard于1930年提出的。1944年第一台哈佛结构的计算机HarvardMarkI在哈佛大学建成。其后在1946年在宾西法尼亚大学建成了第一台通用数字计算机ENIAC，也是采用哈佛结构。哈佛结构的计算机最大的特点是计算机具有各自独立的数据存储空间和程序

2、存储空间，因此有独立的数据总线和程序总线。这样可以便于同时对数据和程序寻址，即计算机的CPU在读写数据的同时也可以读写程序，从而大大提高运算速度。其缺点是这种结构使机器结构变得复杂。作为ENIAC项目的顾问，美籍数学家冯·诺伊曼在1946年提出了冯·诺伊曼结构。其主要思路是：对于计算机的CPU，数据和程序没有本质区别，一条命令可以分为操作命令和操作数两部分，它们在计算机中都以二进制码的形式存储在计算机中，因此程序和数据可以公用一个存储空间。其优点是使计算机结构大大简化，其缺点是数据和程序必须分时读写，从而影响计算机的运算速度。

3、但由于半导体工艺的飞速发展使高速的芯片不断推出，在一般情况下冯·诺伊曼结构这一不足并不会带来严重影响，因此成为计算机结构发展的主流标准，如Intel的X86系列、奔腾系列等都采用冯·诺伊曼结构。这种结构的计算机的中央处理单元CPU主要由算术逻辑单元ALU、随机读写存储器RAM、只读存储器ROM、各种类型的寄存器和其它控制单元组成。ALU完成两个操作数的加、减和逻辑运算，而乘法和除法可以由加法和移位来实现。也就是说尽管在汇编语言里有乘法指令，但运算在机器内部执行时，实际上还是由加减法和移位实现的，因而乘法的运算速度不可能很快。为

4、了数字信号处理设计的各种专用芯片都是可以实现高速运算的可编程微处理器，都带有专门的硬件乘法器来提高运算速度。美国德州仪器公司TI推出的TMS320系列DSP芯片还采用了一种改变的哈佛结构对数据和指令同时寻址，形成指令执行的流水线方式，大大加速了指令的执行速度。这种对哈佛结构的改变主要体现在数据总线和程序总线之间有局部的交叉连接。如TMS32010DSP芯片的哈佛结构和流水线方式如下图所示。7流水线方式：二、TMS320C25的内部结构如图所示；大致可以分为六个部分：1、存储器：包括数据存储器何程序存储器（RAM和ROM）2、中

5、央算术逻辑单元CALU：它由算术逻辑单元ALU、累加器ACC（ACCH、ACCL）、乘法器MULT和其它相应的位移寄存器组成。3、与寻址和数据有关的辅助寄存器：包括辅助寄存器AR0~AR7、辅助寄存器算术单元ARAU，为辅助寄存器配合使用的指针寄存器ARP、缓冲器ARP、缓冲器ARB和数据存储器页指针寄存器DP。4、7和指令操作有关的寄存器：包括预取指针计数器PFC、指令计数器PC、堆栈Stack和微调用堆栈MCS。1、特殊用途的寄存器，如图中右上方14个寄存器，分别用于控制、状态和外界通信等。其中最下部的六个寄存器，即DRR

6、、DXR、TIM、PRD、IMR和GREG并不是单独的器件。而是利用了数据存储B2块的前六个单位元，故称为存储器映射存储器。2、程序总线和数据总线：两总线间有局部交叉通路。三、TMS320C25的工作过程简述7当由C25构成的DSP系统上电复位后，指令计数器（寄存器）PC自动指向程序存储器的0000H单元。由于在程序存储区0000H~001FH这32个单元中放置的是中断服务程序的入口地址。因此实际程序要避开这些地址。一般在0000H设置一跳转指令，PC按此跳转指令转移到程序入口地址。指令计数器PC中总是存放下一条要执行的指令的

7、地址，一旦PC指向该指令的地址，地址单元内的指令被取出送入指令寄存器IR中，在其中完成指令的译码和执行，同时预取指令计数器PFC中会有下一条欲取的指令地址，该地址单元的内容即指令被存入预取指令寄存器QIR中，这时PC自动加1，QIR的内容也自动放入IR中，实现取指、译指和执指的流水线操作。PC的值要么自动加1，要么按指令跳转。程序执行时，不可避免会出现跳转、中断和调用子程序操作，以确保正确返回，原PC值保存在堆栈MCS中。在C25中有两个相对独立的算术逻辑单元CALU和ARAU。缩短了指令执行时间，从而提高了运算速度。四、TM

8、S320C2X的指令系统1、TMS320C2X指令的特点TMS320C2X有相当优越的指令系统，除了一般的微处理器中的常见指令为，还特别给出了适合数字信号处理的特殊指令。C25共有134条汇编语言指令，它对于定点运算的C5X系列的指令是向上兼容的，但与浮点运算的C3X和C4X