1、DSP系统原理与应用基于TI C2000系列DSP第一讲 引言浙江理工大学自动化研究所顾敏明,课程安排,课程安排,1.2WWW.HELLODSP.COM3.相关的DSP书籍,参考资料,您预期的收获,通过本门课程的学习，你将获得以下知识：提高C语言编程能力（期望值：）学会使用CCS平台，了解DSP编程（期望值：）了解嵌入式（DSP）软件开发流程（期望值：）掌握基本嵌入式硬件知识（期望值：）我的期望知道什么是DSP（期望值：）为什么选用DSP（期望值：）掌握相关硬件设计知识（期望值：）学会同专业知识相结合（期望值：）希望你能被猎头猎一把。,先修课程（本课程）,单片机原理或微型计算机原理数字信号处理
2、技术（算法）（非必要）具备专业知识（应用于本专业领域的算法非必要）,关于课程DSP课程特点,DSP简单说就是高性能处理器，归纳处理器课程的特点：理论性不强（犹如英语单词，无需溯源,软硬件都如此）学习目的会用（最大限度发挥其作用）学习方法动手（练出来的，不是学出来的）专业要求高，能将理论完全实际化。,处理器学习方法,微型计算机原理 20多年 8088/8086 学到什么？单片机原理 近20年 51系列学到什么？DSP原理 5年左右 F240/F2407/F2812变化大 DSP结构与实验开发环境都会略有变化类型多；更新换代快，处理器发展更新越来越快。如何学？不是学习某一具体芯片。学习处理器课程要
3、掌握的就是基本技能基本功。,如何修炼基本功？,会找资料:充分利用网络资源（无所不有），提高查找资料能力会看：教材或 data sheets.（*.pdf文件)。一般了解和详细使用软件开发环境：熟悉一些仿真软件Keil51、CCS等；找、看、用对比学习:（CPU、微控制器MCU、DSP、嵌入式处理器）动手：软硬件设计，遇到问题先找自己，才能积累软硬件设计技能会借力：高手指点，是捷径；最好的教师是自己：自己动手才有收获，特别是工程应用课程！,设计中如何得到技术参考资料以及如何得到相关源码,1）原则是碰到问题就去（以使用TIC2000为例）在TI网站的搜索中用keyword搜索资料，主要要注意的就是
4、Application Notes，user guides 比如不知道怎样进行VC5402的McBSP编程，搜McBSP和VC5402 如果不知道如何设计VC5402和TLV320AIC23的接口以及编程，搜TLV320AIC23和VC5402;这样可以搜到一堆的资料，这些资料一般均有PDF文档说明和相应的源程序包提供，download后做少许改动即可2）论坛上发问3）google搜索，尽量不用baidu。4）再不济，找技术支持，碰运气了,处理器工程应用（实战用）,选型（DSP、MCU及具体型号）；（靠只是储备）熟悉有关模块详细结构及编程方法；(C或汇编)熟悉开发软件（大多数是相通的）；软件、
5、硬件设计、调试、系统联调（调试功底相通）。,恭喜你进入6位数行列,恭喜你进入6位数行列！,提 要,1,3,2,DSP&DSPS,DSP系统的学习方法,DSP系统的应用领域,4,本课程dsp的特点,DSP的概念,数字信号处理技术（Digital Signal Processing,DSP）：用数学方法对数字信号进行处理，处理包括变化或提取相应的信息经典的数字信号处理方法：时域：信号滤波FIR、IIR频域：频谱分析FFT数字信号处理的特点：AiXi高速实时数字信号处理器（Digital Signal Processor）：用于实时完成数字信号处理的微处理器。DSP：特指数字信号处理器,数字信号处理
6、,数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。信号处理的实质是对信号进行变换。信号处理的目的是获取信号中包含的有用信息，并用更直观的方式进行表达。,典型的DSP算法,乘加运算的实现-P,#include int data4=1,2,3,4;int coeff4=8,6,4,2;int main(void)int i;int result=0;for(i=0;i4;i+)result+=datai*coeffi;printf(%i,result);return 0;,使用PC、通用的C代码编译器例如Vi
7、sual.Studio.Net实现代码实例:,6个基本操作,CPU将要执行的操作?设置指针1指向 data0设置指针2指向 coeff0读datai 到内核读coeffi 到内核MPY datai*coeffi做加法运算修改指针1修改指针2自增;如果 i3,返回第三步重复执行3到8 被称作“6 Basic Operations of a DSP”DSP能够单周期执行完这6个基本操作,P的执行过程-机器/汇编码,AddressM-Code Assembly-Instruction 10:for(i=0;i4;i+)00411960 C7 45 FC 00 00 00 00 movdword pt
8、r i,0 00411967 EB 09 jmp main+22h 00411969 8B 45 FC mov eax,dword ptr i 0041196C 83 C0 01 add eax,1 0041196F 89 45 FC mov dword ptr i,eax 00411972 83 7D FC 04 cmp dword ptr i,4 00411976 7D 1F jge main+47h11:result+=datai*coeffi;00411978 8B 45 FC mov eax,dword ptr i 0041197B 8B 4D FC mov ecx,dword pt
9、r i 0041197E 8B 14 85 40 5B 42 00 mov edx,dword ptreax*4+425B40h 00411985 0F AF 14 8D 50 5B 42 00 imul edx,dword ptrecx*4+425B50h 0041198D 8B 45 F8 mov eax,dword ptr result 00411990 03 C2 add eax,edx 00411992 89 45 F8 mov dword ptr result,eax 00411995 EB D2 jmp main+19h(411969h),乘加运算的实现-DSP,int data
10、4=1,2,3,4;int coeff4=8,6,4,2;int main(void)int i;int result=0;for(i=0;i4;i+)result+=datai*coeffi;printf(%i,result);return 0;,DSP的执行过程-机器/汇编码,AddressMCodeAssembly Instruction0 x8000FF69SPM00 x80018D04 0000RMOVLXAR1,#data0 x8003 76C0 0000RMOVLXAR7,#coeff0 x80055633ZAPA0 x8006F601RPT#10 x8007 564B 8781
11、|DMAC ACC:P,*XAR1+,*XAR7+0 x800910ACADDLACC,PPM0 x800A8D04 0000RMOVL XAR1,#y0 x800B1E81MOVL*XAR1,ACC,Example:Texas Instruments TMS320F2812Space:12 Code Memory;9 Data MemoryExecution Cycles:10 150MHz=66 ns,数字信号处理器,微处理器Microprocessor(P)微处理器（MPU）通常代表一个功能强大的CPU,但不是为任何已有的特定计算目的而设计的芯片。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核
12、心CPU。最常见的微处理器是Motorola的68K系列和Intel的X86系列。微控制器(C)用来实现实时控制的核以及输入输出接口都集成在片上确保在嵌入式应用中的高的性价比，几乎能满足各类电子产品对运算能力和外设的要求。,DSP-数字信号处理器,类似于微处理器(p.),一个计算系统的核额外的用来加速复杂运算的外设:硬件乘法器(MPY)算术运算单元(ALU)多总线访问机制实现 2n 次乘法/加法运算的硬件移位寄存器,冯.诺依曼结构和哈佛结构,冯.诺依曼结构,哈佛结构,数据密集型算法,DSP芯片的产生,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
13、、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采用了一些特殊的结构，使DSP从通用处理器（GPP）中分离出来，成为一类独立的微处理器。,DSP的特点,对DSP内核的传统认识：MAC（乘加）指令多总线结构（冯.诺依曼结构 vs 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运行时间可预测不断引入的技术：越来越长的流水线VLIW、静态超标量、向量、分支预测、Catch、SIMD、MIMD,发展历程（非完全）,
14、DSP的出现：1982年TI公司推出世界上第一款DSP：TMS320C10;90年代的典型DSP：ADI公司的ADSP2106x/ADSP21160，出色的浮点处理能力，多用于雷达/声纳等信号处理独特的多DSP互联能力（Link口），被称为“多DSP系统的实现标准”。TI公司的TMS320C62x/C67x，单片处理能力在同时期较高，在DSP市场应用较广，占用较大份额,发展历程（非完全）,21世纪初的典型DSP：ADI公司的TigerSHARC系列DSP：TS101/TS201当前处理能力最强的浮点DSP，1.8GFLOPS300MHz/3.6GFLOPS600MHz面向雷达、3G通信市场TI
15、公司的C64系列DSP：TSM320C6414/15/16当前处理能力最强的定点DSP，5760MIPS720MHz,DSP有多种分类方式,按照数据类型分类定点处理器：ADSP218x/219x，Blackfin，TMS320C2x/C5x/C62x/C64x，浮点处理器：ADSP2106x/2116x/TS101/TS20 x，TMS320C40/C67x浮点处理比定点处理的数据动态范围大，更适合与雷达、声纳等信号处理系统。浮点处理器同时也可以实现定点处理，而且处理能力很强。,DSP有多种分类方式,按照数据位数分类：16bit DSP32bit DSP,DSP有多种分类方式,按照用途分类：用
16、于消费电子的DSP：如Blackfin，低功耗，处理音频和视频，用于高端实时信号处理得DSP：如TigerSHARC、C64等，用于雷达信号处理等大处理量的系统。,四大厂商（传统）,Texas Instruments（德州仪器）公司Analog Devies（模拟设备）公司Agere,即Lucent Technologies（朗讯技术）公司Motorola（摩托罗拉）公司-Freescale大约还有80家DSPs产商,BIT-RRL,34,TI公司DSPs,ADI公司的全系列DSP的RoadMap,1986年，ADI推出第一款16bit定点DSP：ADSP2101；1994年，ADI推出第一款
17、32bit浮点DSP：ADSP21060；在16bit定点DSP的发展路线：217x、218x、219x、BlackFin提高时钟：目前最大600MHz降低功耗：增加多媒体功能：Blackfin在32bit浮点DSP的发展路线：SHARC（2106x/16x）TigerSHARC（TS101/TS201）提高并行：SISD-SIMD；提高时钟：40MHz-600MHz发展低端和高端两种路线：21262TS201,DSP的指标,IO数据率处理能力：MIPS,MFLOPS片内存储容量，cache其它片上资源：中断，DMA，timer，串口IO接口：memory接口，总线接口,如何选择DSP处理器,
18、数据格式：定点/浮点数据宽度：16bit/32bit速度：MIPS,MFLOPS开发配套工具的完善：CCS多片互连能力：SHARC link口功耗和电源管理：休眠/等待模式成本,C5000,C6000,C2000,Efficient Integrationfor ControlDSC,Power EfficientPerformanceDSP,High PerformanceC EfficiencyDSP,Texas Instruments DSP/DSC 分类,TMS320 Family Branches,数字信号控制器(DSC),C:带有一个微处理器（P）作为运算单元的单芯片微型计算机DS
19、C:带有一个数字信号处理器（DSP）作为运算单元的单芯片微型计算机结合DSP优越的运算能力以及独立数据、程序存储结构和外设，得到最高效的海量运算嵌入式实时控制解决方案DSC Example:Ti C2000系列DSP,TIMER,Flash(words),ROM(words),RAM(words),CPU,ADC,McBSP,EXMIF,Watch Dog,SPI,SCI(UART),CAN,Volts(V),#I/O,Package,Resolution,CAP/QEP,PWM(CMP),Event Manager,32bit 32 bit 16 bit 16 bit 16 bit 16 b
20、it 16 bit 16 bit 16 bit 16 bit 16 bit 16 bit 16 bit 16bit 16bit,18K 18K 2.5K 2.5K 1.0K 1.0K 1.0K 2.5K 1.5K 544 1.0K 544 544 544 544,32K 16K 6K 8K 4K,128K 64K 32K 32K 16K 8K 8K 8K8K 16K,6/6 6/6 6/4 6/4 3/2 3/2 1/0 6/4 6/4 3/2 1/0 3/23/24/23/2,16 16 16 16 8 8 7 16 16 8 7 8 8 12 8,7 7 4 4 2 2 2 4 4 2 2
21、 2232,12-bit 12-bit 10-bit 10-bit 10-bit 10-bit 10-bit 10 bit 10-bit 10-bit 10-bit 10-bit10-bit 10-bit 10-bit,2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,200ns 200ns 500ns 500ns 500ns 500ns 500ns 375ns 375ns 425ns 500ns 900ns 900ns 6.1us 900ns,1.8 core 1.8core 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 3.3 5.05.05.05.03.3 I
22、/O 3.3 I/O,56 56 41 41 21 21 13 41 41 21 13 32262826,176LQFP 128LQFP 144LQPF 100LQPF 64LQFP 64PQFP 32LQFP 100LQFP 100LQFP 64PQFP 32LQFP 144LQFP 64PQFP 132PQFP64PQFP179u*BGA 68PLCC68PLCC,F2812 F2810 LF2407A LF2406A LF2403A LF2402A LF2401A LC2406A LC2404A LC2402A LC2401A F243 F241 F240 C242,Conv time,
23、#ofChan,16 16 16 16 8 8 5 16 16 8 5 8 8 16 8,TIMER,BootROM(words),MIPS,150 150 40 40 40 40 40 40 40 40 40 20 20 20 20,4K 4K 256 256 256 256 256,TI C2000:选型表,数字信号处理器(DSPs)的应用,通信 72 计算机 12 军品 4工业 3仪器 2消费类 2办公自动化 2,Optical NetworkingControl of laser diode,Digital Power SupplyProvides control,sensing,PF
24、C,and other functions,PrinterPrint head controlPaper path motor control,Evaluating Other Segments e.g.Musical Instruments,Non-traditional Motor Control Many new cool applications to come,Broad C28x Application Base,嵌入式技术应用工业控制,工业方面：机床、冶金、电子、交通、航空航天等行业技术升级的重要基础；,阿富汗参加反恐作战的“赫耳墨斯”价值4万美元，可携带2架摄像机，发挥了很好作用。,军事侦察,2002年11月28日，以色列一选举投票点，发生枪击事件，造成至少7人死亡，数十人受伤。以警方用机器人在检查一具巴勒斯坦枪手的尸体。,反恐防暴,微型飞行器-“黑寡妇”,空中飞行器,谢谢！,
