1、1、DSP的概念 广义的概念:广义的概念可理解为数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）技术，主要是研究数字信号处理的 各种算法。狭义的概念:狭义的概念可理解为数字信号处理器（Digital Signal Procesor），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。第1页/共43页2、数字信号处理概述 2.1 数字信号处理系统的构成 2.2 数字信号处理的实现 2.3 数字信号处理的特点 返回首页第2页/共43页2.1 数字信号处理系统的构成图2-1 典型的数字信号处理系统框图返回本节DSP第
2、3页/共43页2.2 数字信号处理的实现1）在通用PC机上用软件实现，灵活方便单速度慢。2）利用单片机来实现，实现简单的DSP处理，如数字控制。3）利用通用DSP芯片来实现，灵活、速度快、可实时处理。4）利用专用DSP芯片来实现，算法用硬件实现，速度极快。返回本节第4页/共43页2.3 数字信号处理的特点 与模拟系统（ASP）相比，数字系统具有如下特点：（1）精度高，编程方便，可程控；（2）可靠性高；（3）灵活性大；（4）接口简单；（5）易于大规模集成；。返回本节第5页/共43页3、DSP芯片概述3.1 DSP芯片的种类3.2 TMS320 DSP系列3.3 DSP芯片的主要特点3.4 DSP
3、芯片的应用 返回首页第6页/共43页3.1 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。注意：定点DSP也可以通过软件形式实现浮点运算。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。第7页/共43页
4、 3.2 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%；第8页/共43页（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/C4
5、4，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。第9页/共43页TI DSP芯片介绍 目前，TI主流DSP产品是TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000系列。TMS320C2000系列包括C24x、C28x，主要面向工业控制应用，除了具备强大的运算能力外，片内还集成了丰富的外设模块，便于构成高性能的工业测控系统。TMS320C5000系列包括C54x、C55x，是低功耗高性能的定点DSP，功耗低至0.05mW/MIPS，性能高达 600MIP
6、S。它针对强大且经济高效的嵌入式信号处理解决方案进行了优化，其中包括消费类电子、通信、医疗、安保和 工业应用中的便携式电子产品。TMS320C6000系列包括C62x、C64x和C67x，是TI超高性能DSP，一般应用于高性能复杂的通信系统和其他一些高端应用，如语音识别、图形处理、网络系统等。第10页/共43页（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
7、“闻亭”、“合众达”等。第11页/共43页 TMS320F2407(电机控制)TMS320C5409(信息处理)TMS320C6201(图像处理)第12页/共43页3.3 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 第13页/共43页3.3.1 哈佛结构哈佛结构第14页/共43页 DSP处理器流水线技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行，而不是一条指令执行完成之后，才开始执行下一条指令。3.3.2 DSP采用流水线技术第15页/共43页3.4 DSP芯片的应用（1）信号处理（2）通信（
8、3）语音（4）图形/图像（5）军事（6）仪器仪表（7）自动控制（8）医疗（9）家用电器第16页/共43页电脑常用单位换算 1TB=1024GB 1GB=1024MB 1MB=1024KB 1KB=1024Byte 1Byte=8Bit 注：Byte是字节，Bit是位 KB是千字节 MB是兆 GB是千兆 TB是千千兆 一般情况把他们看作是按千进位就行，准确的是1024也就是2的10次方。第17页/共43页DSP主要技术指标 ICY（Instruction Cycle）指令周期：执行一条指令所需时间，通常以ns为单 位。MAC时间（Multiplier Accumulator，乘法累加时间）：执行
9、一次乘法加上一 次加法的时间。大部分DSP芯片可在一个指令周期完成一次乘法和加法操 作。FFT处理时间（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换处理时间）：即运 算一个N点FFT程序所需的时间。MIPS（Million Instructions Per Second）：百万条指令/秒。MOPS（Million Operations Per Second）：百万次操作/秒。操作包括CPU操 作、地址计算、数据访问和传输、I/O操作等。MFLOPS（Million Floating point Operations Per Second）：百万次浮点操作/秒。表征浮点DSP运算
10、性能的重要指标。MBPS（Million-bits Per Second）：百万位/秒。用于衡量DSP的数据传输能 力，通常指总线或I/O的带宽，它是对总线或I/O数据吞吐率的量度。第18页/共43页DSP芯片的选型 DSP芯片的运算速度。DSP芯片的运算精度。DSP芯片的硬件资源。DSP芯片的功耗。DSP芯片的价格。DSP芯片的开发工具。其他因素，如封装形式、工作条件等。第19页/共43页DSP与MCU、FPGA、ARM DSP：用于实现数字信号处理的微处理器芯片。MCU：微控制器，又称单片机。FPGA：现场可编程门阵列。ARM：采用ARM架构的微处理器。嵌入式系统定义：根据国际电气和电子工
11、程师协会（IEEE）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”。应用领域：单片机偏于一般的控制和事务型处理，而DSP适合数字信号处理的各种运算，FPGA由于其极强的灵活性和适应性，一般用于产品的原型开发，在航天领域有广泛应用。ARM一般嵌入一些微操作系统，如Windows CE、Linux等，实时性强，提供简单友好的图形界面，便于扩展，有很好的移植性，主要用于复杂控制。第20页/共43页4、TMS320F2812 性能概述1.TMS320F28X 介绍2.TMS320F28X功能框图第21页/共43页1.TMS320F28X介绍TMS320C28x系列是TI公司最新推
12、出的DSP芯片，是目前国际市场上最先进、功能最强大的32位定点DSP芯片。它既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特别适用于有大批量数据处理的测控场合，如工业自动化控制、电力电子技术应用、智能化仪器仪表及电机、交直流伺服控制系统等。第22页/共43页2.TMS320F2812功能框图第23页/共43页 外设资源 F281x处理器集成了很多外设，处理器将所有的外设都映射到了数据存储器空间。每个外设被分配一段相应的地址空间，主要包括配置寄存器、输入寄存器、输出寄存器和状态寄存器。每个外设只要通过简单的访问存储器中的寄存器就可以使用该设备。第24页/共43页 外设资源 事
13、件管理器 通用I/O 模数转换模块 SPI和SCI通信接口 CAN总线通信模块v看门狗vPLL时钟模块v多通道缓冲串口v外部中断接口v存储器及其接口第25页/共43页 事件管理器 处理器上有EVA和EVB两个事件管理器 每个事件管理器模块包括：定时器、比较单元、捕捉单元、PWM逻辑电路、正交编码脉冲电路及中断逻辑电路等第26页/共43页 通用IO 在TMS320F281 x处理器有限的引脚当中，相当一部分都是特殊功能引脚和GPIO引脚公用的。实际上，GPIO作为与其他设备进行数据交换的通道，也是非常有用的。GPIOMux寄存器选择这些引脚的功能，如果配置成通用的数字IO引脚，则还需要通过DAT
14、DIR数据和方向控制寄存器来控制。第27页/共43页 模数转换模块 ADC模块将外部的模拟信号转换成数字量，ADC模块可以将一个控制信号进行滤波或者实现运动系统的闭环控制。在电机控制系统中，采用ADC模块采集电机的电流或电压实现电流环的闭环控制。10位（24x，240 x）12位（281x，280 x）16通道（281x）第28页/共43页 串行通信接口SCI SCI属于双线的异步串行通信接口，即平时所说的通用异步收发器 UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）口，并采用NRZ（No-Return-Zero）数据格式，可以通过SCI串行
15、接口与CPU或其他的异步外设进行通信。SCI-A和SCI-B第29页/共43页 串行外设接口 SPI是一个高速同步串行通信接口，能够实现DSP与外部设备之间的高速串行通信。应用中经常使用SPI接口和扩展外设的移位寄存器、LCD显示以及ADC等外设通信。第30页/共43页 CAN总线通信模块 CAN总线是一种串行通信协议，具有较强的抗干扰能力，可以应用在电磁噪声比较大的场合。F281x的CAN总线接口模块是增强型的CAN接口，完全支持CAN2.OB总线规范。它有32个可配置的接收/发送邮箱，支持消息的定时邮递功能。最高通信速率可以达到1Mbps，可以使用该接口构建高可靠的CAN总线网络。第31页
16、/共43页 看门狗 看门狗主要用来检测软件和硬件的运行状态，当内部计数器溢出时，将产生一个复位信号。为了避免产生不必要的复位，要求用户定期对看门狗定时器进行复位。如果不明的原因使CPU中断程序，看门狗将产生一个复位信号，使CPU复位，程序从系统软件的开始执行。看门狗有效地提高了系统的可靠性。第32页/共43页 PLL时钟模块 锁相环（PLL）模块主要用来控制DSP内核的工作频率，外部提供一个参考时钟输入，经过锁相环倍频或分频后提供给DSP内核。C281 x数字信号处理器能够实现0.510倍的倍频。第33页/共43页 多通道缓冲串口McBSP 多通道缓冲串口主要有以下几个特点：支持全双工通信模式
17、；双缓冲数据寄存器，能够实现连续的通信数据流；收发的帧和时钟相互独立；可以采用外部移位时钟或内部的时钟；支持8位、12位、16位、20位、24位或32位的数据格式；第34页/共43页 外部中断接口 F281x支持多种外设中断，外设中断扩展模块（PIE）最多支持96个独立的中断。并将这些中断分成8组，每一组有12个中断源，根据中断向量表来确定产生的中断类型。CPU快速响应外设中断。中断响应延时为9个系统时钟。第35页/共43页 存储器及其接口 F28lx采用同一编址方式，TMS320F240 x采用程序、数据和I/O分开编址 TMS320F281x芯片内部提供18KB的SARAM和128KB的F
18、lash存储器。F28lx等处理器上提供了外部存储器扩展接口，外部最高可达1MB的寻址空间。第36页/共43页3.存储空间示意图第37页/共43页5、CCS软件介绍 5.1 CCS软件简介 5.2 CCS软件的安装与配置 5.3 CCS软件操作界面介绍 5.4 利用CCS编程实例第38页/共43页CCS是一个，包括编辑、编译、汇编、链接、软件模拟、调试等软件，是目前使用最为广泛的DSP开发软件之一。：，即脱离DSP芯片，在PC上模拟DSP指令集与工作机制，主要用于前期算法和调试；，即实时运行在DSP芯片上，可以在线编制和调试应用程序。5.1 CCS(Code Composer Studio)软件简介第39页/共43页5.2 CCS软件的安装与配置 在使用CCS之前，必须完成下述工作：CCS3.3安装程序。安装目标板和仿真器驱动。如果进行软件仿真，可省去这一步。运行Setup Code Composer Studio，配置目标器件和仿真器型号。第40页/共43页5.3 CCS软件操作界面介绍第41页/共43页5.4利用CCS编程实例 安装仿真器驱动；连接仿真器；设置CCS；连接目标板，开始调试。第42页/共43页感谢您的欣赏！第43页/共43页
