DSP第二章DSP芯片的基本结构和特征

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1、第二章DSP芯片的基本结构和特征2.1引言可编程DSP芯片是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片一般都具有程序和数据分开的总线结构、流水线操作功能、单周期完成乘法的硬件乘法器以及一套适合数字信号处理的指令集。本章内容：DSP芯片的基本结构，TI公司的各种DSP芯片的特征及其他公司的DSP芯片的特点。2.2DSP芯片的基本结构DSP芯片采用特殊的软硬件结构：快速地实现数字信号处理运算。TMS320系列DSP芯片的基本结构包括：（1）哈佛结构；（2）流水线操作；（3）专用的硬件乘法器；（4）特殊的DSP指令；（5）快速的指令周期。DSP芯片可以实现快速

2、的DSP运算，并使大部分运算（例如乘法）能够在一个指令周期内完成。TMS320系列DSP芯片是软件可编程器件：具有通用微处理器具有的方便灵活的特点。2.2.1哈佛结构哈佛结构：不同于传统的冯·诺曼（VonNeuman）结构的并行体系结构。其主要特点：是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。冯·诺曼结构：则是将指令、数据、地址存储在同一存储器中，统一编址，依靠指令计数器提供的地址来区分是

3、指令、数据还是地址。取指令和取数据都访问同一存储器，数据吞吐率低。在哈佛结构中：由于程序和数据存储器在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠运行。TMS320系列DSP芯片在基本哈佛结构的基础上作了改进：一是允许数据存放在程序存储器中，并被算术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性；二是指令存储在高速缓冲器（Cache）中，当执行此指令时，不需要再从存储器中读取指令，节约了一个指令周期的时间。如TMS320C30具有64个字的Cache。进一步提高了运行速度和灵活性，2.2.2流水线DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间，从而增强了处理器的处理

4、能力。TMS320系列处理器的流水线深度从2~6级不等。第一代TMS320处理器采用二级流水线，第二代采用三级流水线，而第三代则采用四级流水线。TMS320C54X采用六级流水线：在三级流水线操作中，取指、译码和执行操作可以独立地处理，这可使指令执行能完全重叠。在每个指令周期内，三个不同的指令处于激活状态，每个指令处于不同的阶段。例如，在第N个指令取指时，前一个指令即第N-1个指令正在译码，而第N-2个指令则正在执行。CLKOUT1执行译码取指NN－1N－2N＋1N－1N＋2NNN＋12.2.3专用的硬件乘法器乘法是DSP的重要组成部分。滤波器常常做

5、一次乘法和一次加法（XY）。乘法速度越快，DSP处理器的性能就越高。在通用的微处理器中，乘法指令是由一系列加法来实现的，故需许多个指令周期来完成。DSP芯片的特征就是有一个专用的硬件乘法器。在TMS320系列中，由于具有专用的硬件乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。2.2.4特殊的DSP指令DSP芯片的另一个特征:特殊的指令。指令DMOV：它完成数据移位功能。在数字信号处理中，延迟操作非常重要，这个延迟就是由DMOV来实现的。指令LTD：它在一个指令周期内完成LT、DMOV和APAC（将乘法结果加到ACC中）三条指令。指令FIRS:哈佛结构、流水线操

6、作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计，可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。TMS320系列处理器的指令周期已经从第一代的200ns降低至现在的20ns以下。快速的指令周期使得DSP芯片能够实时实现许多DSP应用。2.3TI定点DSP芯片TI定点DSP芯片：经历TMS32010（1982）DSP芯片TMS320C1X、TMS320C2X/C2XX、TMS320C5X、TMS320C54X、TMS320C62X等几代产品，产品的性能价格比不断提高，应用越来越广泛。2.3.1TMS320C1X2.3.1.1基本特点第一代TM

7、S320系列DSP芯片包括：TMS32010、TMS32011、TMS320C10、TMS320C15/E15和TMS320C17/E17。这些芯片的典型工作频率为20MHz。第一代DSP芯片的主要特点如下:指令周期：160ns/200ns/280ns片内RAM：144字/256字（TMS320C15/E15/C17/E17）片内ROM：1.5K字/4K字（TMS320C15/C17）4K字片内程序EPROM（TMS320E15/E17）4K字外部全速存储器扩展并行乘法器：乘积为32位桶形移位器：将数据从存储器移到ALU进行计算时，0～16位左移。并

8、行移位器：用于小数结果的调整。允许文本交换的4×12位堆栈两个间接寻址的辅助寄存器双通道串行口（TMS320