DSP原理与应用

数字信号处理和模拟信号处理
DSP原理与应用
2018年9月18日
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第1.1节 概述—什么是DSP(What is DSP?)
DSP(Digital Signal Processing) 数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)是指为得到满足人们需要的信 号形式而对数字化的信号进行处理的数学 原理、方法和手段，也就是说将现实世界 的模拟信号转换成数字信号，再用数学的 方法来处理此数字信号，得到相应的结果。 例如IIR、FIR、FFT
C5000
Power Efficiency Best MIPS per Walt/Dollar/Size ●Wireless Phone ●Internet audio player ●Digital Camera ●Modems ●Telephony ●VoIP
C6000
Performance & Best Ease-of-Use ●Multi channel and Multifunction Apps ●Comm Infrastructure ●Wireless Basestations ●DSL ●Multimedia Servers ●Video
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
(4) 软、硬件等待功能
可设定的软件等待周期 外部设备数据就绪指示(硬件等待)
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
(5) 独立的乘法器和加法器
硬件乘法器 多种乘法 乘法输入输出寄存器 乘法加法器
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第1.1节 概述—什么是DSP(What is DSP?)
DSP算法的实现
基于PC的软件实现
各种软件编解码器，如mp3 player, avi播放器等
硬件实现
MCU实现 FPGA/ASIC实现 DSPs实现
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第1.1节 概述—什么是DSP(What is DSP?)
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第1.2节 DSP的分类和特点
TI TMS320C28x DSP系列(定点) (3) 特性：
具备16位指令支持，以提高代码效率； 兼容TMS320C24x DSP与TMS320C2xLP源代码。 128 K分扇区闪存； 12位A/D、12.5 MSPS吞吐量、80 ns最低转换时间； 2个事件管理器，2个串行通信接口模块； S百度文库I， McBSP模块； 增强的CAN模块； 引导ROM； 针对片上闪存的代码安全性。
Analog Devices:
www.analog.com ADSP-21xx SHARC DSP TigerSharc DSP blackfin
Motorola:
www.motorola.com DSP560xx DSP563xx DSP566xx DSP568xx
(8) 中断和定时器
多级多路中断源 多个定时器 应用: 信号处理,通信,语音,图形图像,军事,仪器仪表,自动 控制,医疗,家用电器…
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第1.2节 DSP的分类和特点
Texas Instruments:
www.ti.com TMS320C2000 TMS320C5000 TMS320C6000 TMS320C3X
时钟 取指 译码 执行
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i i-1 i-2
i+1 i+2 i i-1 i+1 i+2 i i+1 i+2
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
(3) 片内多总线并行技术
DSP可以充分利用哈佛结构多重总线的优点，在 一个周期里使内部的各个处理单元同时工作，实 现高度的并行处理。如在一个周期里可以同时完 成取指令、计算下一个指令的地址、执行一个或 两个数据传输、更新一个或两个地址指针并且进 行计算等等。 F28335包含程序读总线、数据读总线、数据写总 线
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第1.2节 DSP的分类和特点
TI TMS320C24x DSP系列(定点) (3) 特性：
⑩ 32 KB分扇区闪存；。 ⑾ 控制器域网络(CAN)接口模块； ⑿ 串行通信接口(SCI)； ⒀ 串行外设接口(SPI)； ⒁ 6个采集单元(4个带QEP)； ⒂ 引导ROM(LF240×A器件)； ⒃ 针对片上闪存/ROM的代码安全性(L×240×A器 件 )。
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
(6) 低功耗、体积小、价格低
DSPs同PC用CPU比较(pentium,AMD等)
尺寸 功耗 价格 构成
DSPs应用场合
价格低、尺寸小、低功耗、实时性要求高的场合
通用处理(General Purpose Processor)应用场合
大内存、高级操作系统
专用型
ADV601
混合型
TI OMAP
数据格式上分 定点型 浮点型
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第1.2节 DSP的分类和特点
C2000
Lowest Cost Control Systems ●Motor Control ●Storage ●Digital Control System
取指 译码 执行
哈佛结构处理器指令流与时钟的关系
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
(2) 流水线技术
流水线概念取自工厂自动化生产线，它是一种可 以使两个或更多的操作在执行时发生重叠的技术， 在流水线操作中，一个任务被分解为若干子任务， 这样它们就可在执行时相互重叠。一个子任务被 称为一个流水段。
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
(7) DMA通道和通信口
存储技术
双口存储器 SARAM 寄存器文件 FIFO Cache 外部RAM接口
通信口
SPI SCI CAN(optional)
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
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第1.2节 DSP的分类和特点
TI TMS320C28x DSP系列(定点) (1) 规格：
① 32位定点C28xTM DSP内核； ② 150 MIPS的速率运行； ③ 1.9 V内核与3.3 V外设。
(2) 应用：照明，光纤网络(ONET)，电源， 工业自动化，消费类产品。
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第1.2节 DSP的分类和特点
TI TMS320C24x DSP系列(定点) (2) 应用:数字化马达控制 电气、压缩机、工业自动化、不间断电源 (UPS)系统、汽车刹车与操纵系统、电气仪 表、打印机与复印机、手持电源工具、电 子冷却系统、智能传感器、可调激光、消 费类产品(加油泵、工业频率转换器、远程 监控、ID标签阅读器)。
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第1.2节 DSP的分类和特点
TI TMS320C24x DSP系列(定点) (1) 规格：
① 40 MIPS的运行速率； ② 3种断电模式； ③ 代码兼容、控制优化DSP； ④ 基于JTAG扫描的仿真； ⑤ 3.3 V与5 V设计。
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第1.2节 DSP的分类和特点
TI TMS320C24x DSP系列(定点) (3) 特性：
① 375 ns(最低转换时间)模数(A/D)转换器; ② 死区逻辑; ③ 双通道10位A/D转换器; ④ 4个16位通用定时器; ⑤ 看门狗定时器模块; ⑥ 16条PWM通道; ⑦ 41个GPIO引脚; ⑧ 5个外部中断； ⑨ 2个事件管理器；
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第1.2节 DSP的分类和特点
DSPs(Digital Signal Processors) 数字信号处理器（Digital Signal Processors, DSPs）是指一类具有专门为 完成数字信号处理任务而优化设计的系统 体系结构、硬件和软件资源的单片可编程 处理器件。
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
DSPs专为DSP算法进行优化
为数学计算而设计
DSPs是可编程的
可方便地修改和更新程序
DSPs高度集成化
多种外设、功耗低
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
DSPs特点：
(1)哈佛总线结构 (2)流水线技术 (3)片内多总线并行技术 (4)软、硬件等待功能 (5)独立的乘法器和加法器 (6)低功耗、体积小、价格低 (7)DMA通道和通信口 (8)中断和定时器
改进的哈佛结构
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
(1) 哈佛总线结构
时钟 指令1 取指 译码 执行 指令2 指令3
取指 译码 执行
取指 译码 执行
冯· 诺曼结构处理器指令流与时钟的关系
时钟 指令1 取指 译码 执行 指令2 指令3
取指 译码 执行
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The Technology & Applications of DSPs
第一章: 概述
第1.1节 概述 第1.2节 DSP芯片分类和特点 第1.3节 选择DSP芯片的原则 习题
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第1.1节 概述—什么是DSP(What is DSP?)
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第1.2节 DSP的分类和特点
TI TMS320C28x DSP系列(定点) (3) 特性：
针对任何中断的超高速20～40 ns服务时间； 强大的20 Mb/s数据记录调试功能； 32/64位饱和度，单循环读—修改—写指令，64/32与 32/32模数除法； 高性能ADC； 增强的工具套件，具备C与C++支持； 独特的实时调试功能； 32×32单循环定点MAC，双通道16×16单循环定点 MAC；
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Lucent:
www.lucent.com DSP-16xx DSP-16xxx Lucent+Motorola: StarCore 140 Core
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第1.2节 DSP的分类和特点
功能上分 通用型
TI TMS320，AD ADSP-21xx, DSP56X，StarCore 140
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第1.2节 DSP的分类和特点
TMS320C2000TM DSP平台(C2000TM DSP)
该平台提供了推动数字控制最全面的DSP解决方 案。该平台采用内存等片上外设、超高速A/D转 换器以及强大、可靠的CAN模块相组合。C2000 DSP平台创造了性能与外设集成的新标准。最新 的C2000DSP控制器(TMS320F28xx DSP)的目 标是工业自动化、光纤网络以及汽车控制应用。 C24X C28X
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
(1) 哈佛总线结构
输入设备 运算器 输出设备
程序总线 程序存储 器 数据总线 操作数存 储器 CPU
控制器
存储器
数据线 控制线
冯· 诺曼结构
地址总线 程序存储 器 数据总线 操作数存 储器
哈佛结构
CPU
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第1.1节 概述—为什么用DSP(Why DSPs?)
(5) 独立的乘法器和加法器
实时处理
如果等待时间>0,则可以称这个应用为一个实时应用 应用举例：
16bits,20kHz音频 512*512*16bits,30fps视频
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