DSP芯片原理与应用

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1、DSP芯片原理与应用钱慧2012-2013学年第二学期Part1前言1关于本课程课时较短：32学时课堂讲解基本原理和使用方法课后自学相关内容的细节问题课堂主要内容：TMS320DM642硬件原理：结构与外设软件编程：软件开发与代码优化系统设计：最小系统设计2课堂要求与学习目标课堂要求了解高速DSP的发展趋势理解高速DSP的结构、外设和编程掌握高速DSP系统设计方法学习目标能够根据需要进行DSP选型能够设计高速数字信号处理系统能够编写高效率的DSP程序3预备知识：本科电子类课程C语言基本的编程能力

2、和软件概念微机原理（x86）计算机结构的基本概念（指令、寄存器、总线、中断等）数字信号处理知道自己要做的滤波器、FFT等模拟和数字电路对DSP的I/O系统建立概念对板级系统建立概念时钟、复位、RAM等计算机操作5课程用到的参考数目DM642芯片学习的书籍《TMS320DM642DSP原理与应用实践》，电子工业出版社《TMS320DM642应用系统设计与开发》，人民邮电出版社C6000原理介绍的书籍《TMS320C6000系统DSP原理与应用》，电子工业出版社《TMS320C6000DSP应用开发

3、教程》，电子工业出版社Part2概述DSP的特点DSP的芯片分类AddyourtextinhereAddyourtextinhere概述DSP的发展历程主要内容DSP的产生DSP产生的根源是基于软件的信号处理实现。我们需要这样的处理器：可以嵌入式运行：无界面、小体积、低功耗外围电路简单，以便迅速开发各种专用系统高速运算能力针对典型信号处理算法运行时间可以预测与运算能力匹配的高速IO（计算机重在计算、处理机重在“流动”）不需要高级软件功能为了适应上述需要，DSP采用了一些特俗的结构，使DSP从通用

4、处理器中分离出来，成为一类独立的微处理器1987年，TI推出第一代DSP芯片TMS320C105MIPS(MillionInstructionsPerSecond)4KRAM3微米工艺55000个晶体管汇编语言电子信息时代的历史变迁20世纪60年代21世纪21世纪初10亿美元10,000亿美元1,000亿美元100亿美元整体半导体市场大型机晶体管小型计算机TTL/逻辑个人电脑微处理器通信与娱乐DSP+模拟20世纪70年代20世纪80年代20世纪90年代推出单芯片数字信号处理器推出Speak＆Sp

5、ell器件发明首款手持计算器首款商用晶体管与首款商用晶体管收音机演示了数字投影显示系统，DLP技术于1998年获得了艾美奖于2004年宣布推出首款单芯片手机20世纪50年代20世纪60年代20世纪70年代20世纪80年代20世纪90年代21世纪21世纪初JackKilby发明集成电路并获2000年诺贝尔物理奖推出了达芬奇技术数字化应用从:音乐播放到:收音机相机摄像机>15万台/年DVCIP-7PanasonicSV-AV30NV-GX7K>50万台/年SonyDSCPseriesKodakDX4

6、330CanonDSCA200>100万台/年PhilipseXpaniumArchosJukeboxMultimedia20Lyra™JukeboxRD2820>100万台/年PerstelDR201数字化应用从:到:>70万台/年>80万台/年NewAV-Receiverusing320DA610>10万台/年>40万台/年录像机电视电影/音乐厅汽车实时信号处理DSP芯片的特点对DSP内核的传统认识：MAC（乘加）指令，一周期内完成多总线结构（哈佛结构）快速寻址（专用寻址寄存器）零耗循环（

7、硬件循环控制器）片内集成存储器和I/O运行时间可预测算术单元硬件乘法器通用微处理器内通过微程序实现的乘法操作往往需要100多个时钟周期，非常费时。因此在DSP内部设有专门的硬件乘法器。多功能单元为进一步提高速度，可以在CPU内设置多个并行操作的功能单元（ALU、乘法器和地址产生器）。如C6000的CPU内部有8个功能单元，包括2个乘法器和6个ALU。针对MAC乘加运算，多数DSP的乘法和加法都支持在1个时钟周期内同时完成一次乘法和加法操作多总线结构冯诺依曼哈佛结构冯·诺依曼体系结构程序计数器（P

8、C）CPU存储器程序（指令）数据地址数据哈佛结构程序计数器（PC）CPU数据存储器存储器地址数据地址数据专用寻址单元DSP面向的是数据密集型应用，伴随着频繁的数据访问，数据地址的计算时间也线性增长。DSP用专门的地址产生器，用于支持地址运算，地址计算不需要额外占用CPU时间。DSP的地址产生器一般都支持间接寻址，而且有些DSP还能支持位反寻址不断引入的技术越来越长的流水线CatchVLIW（超长指令结构）SIMD（单指令多重数据）MIMD（多指令数据流）流水处理一条指令分成几个子操作可并行处理多