第2章DSP控制器总体结构.
- 格式:ppt
- 大小:1.73 MB
- 文档页数:87
DSP工作原理一、简介DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)是一种专门用于数字信号处理的微处理器。
它具有高性能、低功耗和高度可编程的特点,广泛应用于通信、音频、视频、雷达、医疗等领域。
本文将详细介绍DSP的工作原理。
二、DSP的基本组成1. 数据通路(Data Path):数据通路是DSP的核心部份,用于执行算术运算、逻辑运算和数据传输等操作。
数据通路由运算器、寄存器和数据通路控制器组成。
2. 控制器(Controller):控制器用于控制DSP的操作,包括指令的获取、解码和执行等功能。
控制器由指令寄存器、程序计数器和控制单元等组成。
3. 存储器(Memory):存储器用于存储程序代码、数据和中间结果等信息。
存储器包括指令存储器(程序存储器)和数据存储器。
4. 外设接口(I/O Interface):外设接口用于与外部设备进行数据交换,如与传感器、显示器、键盘等设备的连接。
三、DSP的工作流程1. 指令获取阶段:DSP从指令存储器中获取指令,并将其存储到指令寄存器中。
2. 指令解码阶段:DSP解码指令,确定执行的操作类型和操作数。
3. 数据处理阶段:根据指令中的操作类型和操作数,DSP执行算术运算、逻辑运算或者数据传输等操作。
这些操作通常涉及数据的加载、存储、运算和传输。
4. 结果存储阶段:DSP将计算结果存储到数据存储器中,以备后续使用。
5. 控制流程阶段:DSP根据控制指令中的条件判断,决定下一条要执行的指令的地址。
6. 循环处理:DSP可以通过循环指令实现对一段代码的重复执行,实现高效的数据处理。
四、DSP的优势1. 高性能:DSP具有专门优化的指令集和硬件结构,能够快速执行复杂的信号处理算法。
2. 低功耗:DSP采用高度优化的架构和电源管理技术,能够在低功耗下实现高性能的信号处理。
3. 高度可编程:DSP具有灵便的指令集和丰富的外设接口,使其能够适应各种不同的应用需求。
第2章DSP的硬件结构DSP的硬件结构:DSP与标准微处理器有许多共同的地方,都是由CPU、存储器、总线、外设、接口、时钟组成。
从广义上讲,可以说DSP是一种CPU。
但DSP和一般的CPU 又有不同, DSP有自己的一些独特的特点,比如采用哈佛结构、流水线操作、独立的硬件乘法器、独立的DMA总线和控制器等。
Von Neuman结构与Harvard结构:Harvard结构:程序与数据存储空间分开,各有独立的地址总线和数据总线,取指和读数可以同时进行,从而提高速度,目前的水平已达到90亿次浮点运算/秒(9000MFLOPS)。
MIPS--Million Instruction Per SecondMFLOPS--Million Floating Operation Per Second流水操作(pipeline):独立的硬件乘法器:在卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中,都有A(kB(n-k一类的运算,大量重复乘法和累加。
通用计算机的乘法用软件实现,用若干个机器周期。
DSP有硬件乘法器,用MAC指令(取数、乘法、累加)在单周期内完成。
独立的DMA总线和控制器:有一组或多组独立的DMA总线,与CPU的程序、数据总线并行工作,数据的传递和处理可以独立进行,DMA内部总线与系统总线完全分开,避开了总线使用上的瓶颈。
在不影响CPU工作的条件下,DMA速度已达800Mbyte/s。
CPU:通用微处理器的CPU由ALU和CU组成,其算术运算和逻辑运算通过软件来实现,如加法需要10个机器周期,乘法是一系列的移位和加法,需要数十个机器周期。
DSP的CPU设置硬件乘法器,可以在单周期内完成乘法和累加.移位:通用微处理器的移位,每调用一次移位指令移动1-bitDSP可以在一个机器周期内左移或右移多个bit,可以用来对数字定标,使之放大或缩小,以保证精度和防止溢出;还可以用来作定点数和浮点数之间的转换.溢出:通用CPU中,溢出发生后,设置溢出标志,不带符号位时回绕,带符号位时反相,带来很大的误差DSP把移位输出的最高位(MSB)存放在一个位检测状态寄存器中,检测到MSB=1时,就通知下一次会发生溢出,可以采取措施防止.数据地址发生器(DAG):在通用CPU中,数据地址的产生和数据的处理都由ALU来完成在DSP中,设置了专门的数据地址发生器(实际上是专门的ALU),来产生所需要的数据地址,节省公共ALU的时间.外设(peripherals):时钟发生器(振荡器与PLL)定时器(Timer)软件可编程等待状态发生器通用I/O同步串口(SSP)与异步串口(ASP)JTAG扫描逻辑电路(IEEE 1149.1标准便于对DSP作片上的在线仿真和多DSP条件下的调试’C54x的内部结构:中央处理器CPU 、内部总线控制、特殊功能寄存器、数据存储器RAM 、程序存储器ROM、I/O功能扩展接口、串行口、、主机通信接口HPI、定时系统、中断系统。
DSP控制器原理与应用的答案1. 简介DSP(Digital Signal Processor)控制器是一种专门用于数字信号处理的微处理器。
它具有高性能、高速度和低功耗的特点,广泛应用于音频、视频、图像处理、通信系统等领域。
本文将介绍DSP控制器的原理和应用。
2. DSP控制器的原理DSP控制器的核心原理是通过数字信号处理算法对信号进行处理。
它包括以下几个主要组成部分:2.1 数据通路数据通路是DSP控制器中最重要的部分。
它由数据寄存器、算术逻辑单元(ALU)、累加器、控制单元等组成。
数据通路通过ALU执行加法、乘法、移位等算术和逻辑运算操作,将处理后的数据保存在数据寄存器中。
2.2 存储器存储器是用于存储数据和程序的部件。
DSP控制器通常包括内部RAM和外部ROM。
内部RAM用于临时存储数据和程序,而外部ROM用于存储固定的程序代码和常量数据。
2.3 控制单元控制单元是DSP控制器中的指令解码器和时序生成器。
它根据程序指令提供的操作码和地址信息,生成相应的控制信号,控制数据通路的工作。
控制单元还负责指令的译码、寻址以及算术和逻辑运算的协调。
3. DSP控制器的应用DSP控制器广泛应用于各个领域的数字信号处理中,包括音频、视频、图像处理和通信系统等。
以下是几个常见的应用场景:3.1 音频处理DSP控制器可以实现音频信号的滤波、变声、混音等处理功能。
例如,在音频设备中,可以使用DSP控制器对声音进行均衡处理,提升音质。
此外,DSP控制器还可以实现音频信号的压缩和解压缩,实现高效的音频编解码。
3.2 视频处理DSP控制器在视频处理中也发挥着重要作用。
它可以实现图像的降噪、边缘增强、色彩校正等功能。
在视频编解码中,DSP控制器可以对视频信号进行压缩和解压缩,实现高清视频的传输和存储。
3.3 图像处理DSP控制器在图像处理领域的应用越来越广泛。
它可以实现图像的增强、去噪、图像识别等功能。
例如,在安防领域,DSP控制器可以对监控视频进行实时的人脸识别和车牌识别。
第一章绪论(大题20分)1-1 DSP的概念与主要特点一.Dsp概念数字信号处理(器)二。
Dsp主要特点(考10分)1,改进的哈佛结构(早期的)冯诺依曼结构:数据和程序空间合二为一,执行过程:串行哈佛结构:程序和数据空间独立分开,执行过程:并行2,流水线技术程序执行过程:取指(令)译码执行(串行或并行:3-8级深度)3,硬件乘法器32位数字运算4,多处理单元辅助算术单元ARAU 产生操作数地址5,特殊DPS指令6,片内存储器和硬件配置硬件模块:GPIO模块7,JTAG标准测接口1-2DSP芯片的发展及应用一,发展二,分类1,按数据格式:定点DSP,浮点DSP2,按用途:通用型DSP,专用型DSP三,DSP的应用(考10分)1,数字信号处理:滤波,FFT,波形产生2,通信:调制解调,扩频通信,传真3,图像处理:图形变换,压缩,动画4,语音处理:语音编码,语音合成,语音识别5,仪器仪表:频谱分析,函数发生,数据采集6,军事:保密通信,全球定位,跟踪导航7,自动控制:引擎控制,自动驾驶,机器人控制,磁盘控制8,医疗:助听,超声设备,诊断工具,病人监护9,家用电器:高保真音响,音乐合成,音调控制,电视,数字电话1-3 TMS 320系列DSP1-4 性能工作电压3.3v(低功耗1.8v)(1分)第二章F2812的总体结构,最小系统及程序开发2-1 F2812总体结构5,时钟与系统控制单元包括:1,时钟与锁相环PLL 2,看门狗3,低功耗模式控制7,外设中断扩展模块PIE9,事件管理器模块EV(考20或15分)10,模数转换器分辨率12位总16路:2个8路A/D11,串口外设{同步串行外设接口(SPI)1个(考10分){异步串行通信接口(SCI)2个增强型的区域网络控制器(ecan)1个多通道缓冲串行接口(mcb-sp)1个12,通用输入/输出接口(GPIO)第五章F2812的控制单元及中断控制5-1 F2812的时钟时钟和系统控制单元的控制和状态寄存器HISPCP高速时钟定标寄存器LOSPCP低速外设时钟定标寄存器PCLKCR外设时钟控制寄存器LPMCR0低功耗模式控制寄存器0LPMCR1低功耗模式控制寄存器1PLLCR锁相环控制寄存器SCSR系统控制与状态寄存器WDCNTR看门狗计数器寄存器WDKEY看门狗复位密钥寄存器WDCR看门狗控制寄存器5-4 F2812的看门狗模块WDCNTR加法8位在工作时定时复位WDKEY 写入0x55h+0xaah Clk=(512Xoscclk)-》再分频WDPS WDCR D2-D0第六章F2812的定时器,GPIO及外部存储器扩展6-1 CPU定时器的结构和原理3个32位的CPU定时器6-2 F2812的GPIO1,GPIO的通用接口模块GPIOA GPIOB GPIOD GPIOE GPIOF GPIOG专用I/O口(16位)GPIO控制寄存器:GPAMUX控制GPIOA功能选择(MUX多路选择)GPAMUX =1专用外设功能=0通用数字I/O口GPADIR GPIOA 的方向控制寄存器=1输出=0输入只有A,B,D,E 4个口的《-GPAQVAL GPIOA的输入信号质量控制寄存器分频用QUAKPRD 寄存器2,数据寄存器(不受EALLOW保护)以A组为例GPADAT GPIOA的数据寄存器GPASET 的设定寄存器置1GPACLEAR 的清除寄存器清零GPATOGGLE 的触发寄存器取反第七章模数转换器(ADC)F2812的12位AD共16路分成2组A,B组每组8路时钟由HISPCLK 做(PLL旁路)可以再分频单次转换频率25MHZ 输入电压0-3V7-1 ADC模块的特点1,12位内置2个采样保持器S/H-A,A组ADCINA0-ADCINA7S/H-B,B组ADCINB0-ADCINB7共有2种采样模式:顺序采样模式,并序采样模式2,有2个排序器SEQ1和SEQ2,用来确定要转换的通道(和个数)SEQ1 8个状态SEQ2 8个状态双排序并序SEQ1,SEQ2串联形成级联16个状态单排序3,ADC采用HISPCLK做为时钟输入,经分频做ADC时钟频率4,ADC排序器有2种工作模式:启动/停止连续模式5,ADC启动:S/W软件启动触发EVA EVB启动触发外部引脚GPIO/XIN T2-ADCSPC6,ADC 具有转换完成中断请求机制每个序列转换完成后向CPU中清中断ADCTRL1 ADC控制寄存器1ADCMAXCONV ADC最大转换通道寄存器ADCCHSELSEQ1 ADC通道选择排序控制器寄存器1ADCASEQSR ADC自动排序状态寄存器ADCRESULT0 ADC结果寄存器0ADCST ADC状态寄存器8-2 通用定时器GPTX (X-1,2,3,4)每个GPTX包括:1,1个可逆计数器(可加可减)2,比较寄存器(带影子寄存器)-TxCMPR 可读写3,周期寄存器TxPR(带影子寄存器)可读写4,控制寄存器TxCON 可读写5,可选择内部或者外部时钟输入6,每个T,包括上溢/下溢中断,周期中断,比较中断通用定时器计数模式:1,停止/保持2,连续增计数模式不对称波形3,定向增/减计数模式6-1 寄存器的C语音访问(10分)SCICCR 串行通讯接口的通讯控制寄存器SCICTLI 串行通讯控制寄存器1SCIHBAUD baud波特SCILBAUDSCIRXBUF BUF缓冲寄存器SCITXBUF TX发送RX接收位域定义Stnllt bs 11定义位域bs #9#事件管理器模块(EV):TI整个2000系列DSP的一个{int a:8; 重要应用是进行电机的控制或者开关电源的控制,Int b:2; 因此事件管理器模块是2000系列DSP最有特色的外Int c:6;}; 设。
第2章DSP的硬件结构DSP的硬件结构:DSP与标准微处理器有许多共同的地方,都是由CPU、存储器、总线、外设、接口、时钟组成。
从广义上讲,可以说DSP是一种CPU。
但DSP和一般的CPU 又有不同, DSP有自己的一些独特的特点,比如采用哈佛结构、流水线操作、独立的硬件乘法器、独立的DMA总线和控制器等。
Von Neuman结构与Harvard结构:Harvard结构:程序与数据存储空间分开,各有独立的地址总线和数据总线,取指和读数可以同时进行,从而提高速度,目前的水平已达到90亿次浮点运算/秒(9000MFLOPS)。
MIPS—-Million Instruction Per SecondMFLOPS--Million Floating Operation Per Second流水操作(pipeline):独立的硬件乘法器:在卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中,都有A(kB(n-k一类的运算,大量重复乘法和累加.通用计算机的乘法用软件实现,用若干个机器周期。
DSP有硬件乘法器,用MAC指令(取数、乘法、累加)在单周期内完成。
独立的DMA总线和控制器:有一组或多组独立的DMA总线,与CPU的程序、数据总线并行工作,数据的传递和处理可以独立进行,DMA内部总线与系统总线完全分开,避开了总线使用上的瓶颈。
在不影响CPU工作的条件下,DMA速度已达800Mbyte/s。
CPU:通用微处理器的CPU由ALU和CU组成,其算术运算和逻辑运算通过软件来实现,如加法需要10个机器周期,乘法是一系列的移位和加法,需要数十个机器周期.DSP的CPU设置硬件乘法器,可以在单周期内完成乘法和累加。
移位:通用微处理器的移位,每调用一次移位指令移动1—bitDSP可以在一个机器周期内左移或右移多个bit,可以用来对数字定标,使之放大或缩小,以保证精度和防止溢出;还可以用来作定点数和浮点数之间的转换。
溢出:通用CPU中,溢出发生后,设置溢出标志,不带符号位时回绕,带符号位时反相,带来很大的误差DSP把移位输出的最高位(MSB)存放在一个位检测状态寄存器中,检测到MSB=1时,就通知下一次会发生溢出,可以采取措施防止。