dsp芯片原理和应用.pptx

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 《TMS320 DM642DSP原理与应用实践》，电子工业出版社 《TMS320 DM642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应用开发教程》，电子工业出版社 Part2 概述 DSP的特点 DSP的芯片分类 Add your text in here Add your text in here 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 TMS320C10 5 MIPS(Million Instructions Per Second) 4K RAM 3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 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 ＆ Spell 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 Jack Kilby 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: 到: 数字化应用 从: 到: 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（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（PC） 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 Catch VLIW（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 可并行处理多条指令 流水线深度：2----