DSP处理及其应用课程设计.docx
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DSP处理及其应用课程设计.docx
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DSP处理及其应用课程设计
DSP处理及其应用
专业:
_信息工程_______________
班级:
_二班__________________
学号:
__20100610100205_______
姓名:
___李运鸿_______________
一、DSP芯片的概念
广义的概念可理解为数字信号处理(DigitalSignalProcessing,DSP)技术,主要是研究数字信号处理的各种算法。
狭义的概念可理解为数字信号处理器(DigitalSignalProcesor),主要采用硬件实现,用于产品设计。
DSP也就是硬件工程师和芯片制造商所指专用于实现信号处理算法的微处理器芯片。
二、DSP芯片的主要特点
1.哈佛结构(与冯·诺依曼结构的区别)
2.多总线结构
3.指令系统的流水线操作
4.专用的硬件乘法器
5.特殊的DSP指令
6.快速的指令周期
7.硬件配置强
此外,数字信号处理还具有精度高,编程方便,可程控,可靠性高,灵活性大,接口简单,易于大规模集成等特点。
三、DSP芯片的种类
DSP芯片可以按照以下3种方式进行分类。
1.按数据格式分:
定点和浮点
根据DSP芯片工作的数据格式可分为定点DSP芯片与浮点DSP芯片。
即数据以定点格式工作的DSP芯片称之为定点DSP芯片;以浮点格式工作的称为浮点DSP芯片。
2.按用途分:
通用和专用
按照DSP芯片的用途来分,可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片。
通用型DSP芯片适合普通的DSP应用,如TI公司的一系列DSP芯片。
专用型DSP芯片是为特定的DSP运算而设计的,更适合特殊的运算,如数字滤波,卷积和FFT等。
3.按基础特性分:
静态和一致性
这是根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类的。
如果在某时钟频率范围内的任何时钟频率上,DSP芯片都能正常工作,除计算速度有变化外,没有性能的下降,这类DSP芯片一般称为静态DSP芯片。
如果有两种或两种以上的DSP芯片,它们的指令集和相应的机器代码机管脚结构相互兼容,则这类DSP芯片称为一致性DSP芯片。
四、DSP芯片的发展及趋势
(1)DSP芯片的发展历程
☉1978年第一片DSP诞生S2811(Microsystems公司AMI子公司)
☉1986年以来得到突飞猛进的发展。
☉现今:
生产DSP厂家80多个,品种300多种。
TI(德州仪器)公司市场份额:
60%;ADI(美国模拟器件)公司市场份额:
15%;
Motorola市场份额:
10%;Lucent市场份额:
5%;
(2)TI公司DSP芯片简介
•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和集多个DSP于一体的高性能DSP芯片TMS320C80/C82等
•第六代:
TMS320C62x/C67x等。
(3)国内DSP的发展概况
☉1983年引进(TMS32010)
☉我国DSP产品主要来自海外。
TI公司的产品约占国内DSP市场的90%,其余为Lucent、AD、Motorola、ZSP和NEC等公司。
☉现状:
DSP开发工具/DSP硬件平台开发/DSP应用软件开发
☉国内较知名的DSP公司:
北京“闻亭”、“合众达”等。
国内引入的主流产品:
•TMS320F2407(电机控制)
•TMS320C5409(信息处理)
•TMS320C6201(图像处理)
五、TMS320C5000系列
TMS320C5000是16位定点、低功耗的DSP,最适合便携式上网以及无线通信等应用场合,如手机、PDA、GPS等应用,处理速度在80~400MIPS。
TMS320C5000主要成员有TMS320C55x和TMS320C54x两个16位定点DSP子系列,两者软件兼容。
C54x具有很好的操作灵活性和很高的运行速度,其结构采用改善的哈佛结构(一组程序存储器总线、3组数据存储器总线、4组地址总线),具有专用硬件逻辑的CPU、片内存储器、片内外设以及一个效率很高的指令集。
C54x具有以下主要优点:
使用改善的哈佛结构,时的性能和多功能性都得以提高;具有高度并行性和专用硬件逻辑的CPU设计,是芯片性能大大提高;效率很高的指令集更适合于快速算法的实现和高级语言编程的优化;模块化结构的设计,是派生器件得到了更快的发展;先进的IC制造工艺,提高了芯片性能,降低了功耗;先进的静态设计技术,使得芯片具有更低的功耗和更强的应用能力。
TMS320C54x结构框图如图1所示。
图1TMS320C54x结构框图
C55x工作在0.9V时,功耗低至0.005mW/MIPS。
工作在400MHz钟频时,可达800MIPS。
和120MHz的C54x相比,300MHz的C55x性能提高5倍。
功耗将为1/6。
因此,C55x非常适合个人的和便携式的应用以及数字通信设施的应用。
C55x的核具有双MAC以及相应的并行指令,还增加了累加器、ALU和数据存储器,其指令集是C54x指令集的超集,以便和扩展了的总线结构、新增加的硬件执行单元相适应。
C55x的指令长度从8bit到48bit可变,由此可控制代码的大小,比C54x降低40%,同时也就意味着降低对存储器的要求,从而降低系统的成本。
C55x结构框图如图2所示。
C54x和C55x的比较如表2所示。
图2C55x结构框图
表2C54x与C55x的比较
C54x
C55x
MAC
1
2
ACC
2
4
读总线
2
3
写总线
1
2
程序提取
1
1
地址总线
4
6
指令字大小
16bit
8/16/32/40/48bit
数据字大小
16bit
16bit
辅助寄存器ALU
2(每个16bit)
3(每个24bit)
ALU
1(40bit)
1(40bit),1(16bit)
辅助寄存器
8
8
数据寄存器
0
4
存储器空间
分开的程序/数据存储器
统一的空间
临时寄存器
0
4
六、TMS320C6000系列
TMS320C6000是32位最高性能的DSP,包括C62x/C67xC64x/DM64x等4个系列。
C62X和C64x是32位定点DSP,定点器件性能从1200MIPS到8000MIPS,C67x是32位浮点DSP,浮点器件性能从600~1800MFLOPS,DM64x在C64x核的基础上,增加了视频接口,以便视频应用。
C6000系列广泛应用在有线/无线宽带网络、组合Modem、GPS导航、基站数字波束形成、医学图像处理、语音识别、3D图形、ADSLModem、网络系统、中心局交换机、数字音频广播设备等,其中移动通信是C6000系列DSP的重要应用领域。
C6000系列的芯片有了更优化的性能。
两层cache结构,是的存储方式更加灵活;强化的DMA控制器,EDMA提供2GB/s的片外带宽,支持有独立事件触发的64个通道,总共有85个参数可以用来设置连接,支持字节、字、半个字以及双字等各种字长,从而大大提高系统的效率,使系统的设计者只需要考虑EDMA是否能达到要求,通道之间的交互并不影响性能,这和传统的DMA大不相同;3组片外总线:
2组片外存储器接口(EMIF)和1组主机接口(HPI);灵活的串口连接,3个多通道缓冲串口(MsBSP)可以和各种标准接口;ATM通用测试和操作接口(UTOPIA)。
C6000的结构框图如图3所示。
C62x和C64x处理器具有相同的核结构,C64x系列是在C62x的结构上扩展而来,增加了一些新的功能单元,强化了一些功能单元,C67x扩展了C62x的指令集,支持浮点运算,C67x对C62x向下兼容,但和C64x不兼容,C62x的指令可以在C67x上运行,C67x处理器适合于要求高精度、大动态范围以及大量运算的应用,C64xDSP是C6000DSP系列里最高性能的定点DSP。
DM64x系列处理器基于TI的VelociTI.2超长指令字结构,使其适用于数字媒体应用。
DM64x的结构框图如图4所示。
图3C6000的结构框图
七、总结
C5000和C6000系列主要偏重于视频图像处理,C5000系列均为16位定点型,C6000系列中的C62x和C64x为32位定点型,C67x子系列为浮点型,性能强大,但自身集成的外设很少,一般需要扩展。
在时钟方面,C5000系列中的C55x子系列最高主频为300MHz,C6000系列中的C64x子系列的最高主频高达720MHz。
C5000系列中,C54x关注于低功耗,C55x则降低功耗提到一个新水平,C55x的功耗低至0.005mW/MIPs,具有最长的电池寿命和最佳的代码密度。
C6000系列是TI的高档DSP系列其中C64x子系列的工作频率将达到1.1GHz,是最好的DSP编译器,C6000系列用C语言编程效率非常高,代码优化可达85%左右缩短了软件开发周期,程序可以执行好。
随着技术的发展,现在的DSP产品的时钟频率和处理器速度越来越高,集成的片内外设及内存越来越多,寻址空间越来越大,功能越来越强,芯片的功耗也逐渐加大,性能价格比也越来越好。
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