第2章 TMS320C2000系列DSP芯片的基本结构及性能要点

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TMS320系列DSP原理、结构及应用

（3）信号处理信号处理是指将信号从一种形式变成另一种形式的算法或结构，比
如将信号从时域转化为频域，从模拟信号转换为数字信号等。信号处理的内容涉及广泛，尤其信号的数字处理为信号处理带来了广阔的前景。
由信号、系统和信号处理的定义，可以清晰地看到它们之间的关系，即信号分析是基础，系统分析是桥梁，信号处理是手段，系统综合是目的。信号处理作为手段，贯穿信号分析、系统分析、系统综合的始终。
第一章号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字的形式对信号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估算、压缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用。与模拟信号处理相比，数字信号处理具有精确、灵活、抗干扰能力强、可靠性高、体积小、易于大规模集成等优点。
第一章绪论
1.1信号处理技术基础——数字信号处理
数字信号处理包括算法研究和实现方法两个方面的内容：
1．算法研究。算法研究是指如何以最小的运算量和存储器的使用量来完成指定的任务。20世纪60年代出现的快速傅里叶变换（FFT），使数字信号处理技术发生了革命性的变化。近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅速的发展，诸如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴别，信号的调制与解调、加密和解密，信道的辨识与均衡，智能天线，频谱分析等各种快速算法都成为研究的热点，并取得了长足的进步，为各种实时处理的应用提供了算法基础。
第一章绪论
1.2 DSP芯片概述
1. DSP 芯片的发展概况
DSP 芯片诞生于 20 世纪 70 年代末，至今已经得到了突飞猛进的发展，并经历了以下三个阶段:
第一阶段，DSP 的雏形阶段（1980 年前后）。 1978 年 AMI公司生产出第一片 DSP 芯片 S2811。 1979 年美国 Intel 公司发布了商用可编程 DSP器件 Intel2920。代表性器件主要有：Intel2920（Intel）、 PD7720（NEC）、 TMS320C10（TI）、DSP16（AT&T）、S2811（AMI）、ADSP-21 （AD公司）等

DSP第二章DSP芯片的基本结构和特征

并行移位器：用于小数结果的调整。
允许文本交换的4×12位堆栈两个间接寻址的辅助寄存器
双通道串行口（TMS32011,TMS320C17/E17）协处理器接口（TMS320C17/E17）器件封装：40脚双列直插（DIP）/44脚塑封（PLCC）
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12
2.3.1.2 TMS320C10 TMS32010采用改进的哈佛结构，即程序和数据
DSP芯片的特征就是有一个专用的硬件乘法器。在TMS320系列中，由于具有专用的硬件乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。
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9
2.2.4 特殊的DSP指令
DSP芯片的另一个特征:特殊的指令。指令DMOV：它完成数据移位功能。在数字信号处理中，延迟操作非常重要，这个延迟就是由DMOV来实现的。
第二章
DSP芯片的基本结构和特征
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1
2.1 引言
可编程DSP芯片是一种具有特殊结构的微处理器。 DSP芯片一般都具有程序和数据分开的总线结构、流水线操作功能、单周期完成乘法的硬件乘法器以及一套适合数字信号处理的指令集。
本章内容：DSP芯片的基本结构，TI公司的各种 DSP芯片的特征及其他公司的DSP芯片的特点。
h
7
CLKOUT1
取指译码执行
N N－1 N－2
N＋1 N
N－1
N＋2 N＋1
N
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8
2.2.3 专用的硬件乘法器
乘法是DSP的重要组成部分。滤波器常常做一次乘法和一次加法（XY）。乘法速度越快，DSP
处理器的性能就越高。在通用的微处理器中，乘法指令是由一系列加法来实现的，故需许多个指令周期来完成。
期使得DSP芯片能够实时实现许多DSP应用。

2、TMS320系列DSP的介绍

OMAP OMAP5910
TM
C5441 532 MIPS C5421 200 MIPS C5420 200 MIPS C5470
C54xTM+ARM7
C54xTM DSP
World’s Most Popular DSP Over 500 Million Shipped $5 Billion in Design-ins
C5407 120 MIPS
Feature Integration
TI所推进的开放式多媒体应用平台所推进的开放式多媒体应用平台
Open Multimedia Application Platform 处理器
Applications Processor Integrated Baseband and Applications Processor
TV 因特网浏览器无线 AP
?
高集成度的OMAP5910提供单片系统功能提供单片系统功能高集成度的
OMAP5910 Core TMS320C55xTM DSP
DSP
32 16
3 Timers Watchdog Timer Interrupt Handler 2 McBSP 2MCSI 3 UART 18 GPIO 4 Mailboxes
TMS320C6000DSP的应用
同一应用的多通道复用
蜂窝基站复用的调制解调器中央办公交换机多信道线路回声抵消多信道话音编码器 Head end cable modem 中央办公XDSL
TMS320C6000DSP的应用（续）
视频图象的压缩、处理、传输
远程监控（PSTN/ISDN/ADSL) 网络视频终端数码摄像机
Traffic Ctrl 75 MHz

《DSP器件及应用》2-1-C2000DSP的总线和CPU结构

程序存储器传送到（读入）CPU（如中央算逻单元CALU、硬件乘法器和辅助寄存器算术单元 ARAU等）
数据写地址总线DWAB
数据写总线DWEB：
：
提供写数据存储器单元的地址提供数据传送通道，把目标操作数（或运算结果）
从CPU（如中央算逻单元CALU、硬件乘法器和辅助寄存器算术单元ARAU等）传送到（写出）数据存储器或程序存储器单元
0011 1100 0011 1100 0010 1000 0100 0000
图 2.19 移位并保存 ACC 低位字
单周期乘加的实现
C D C A× ×D B
X＝E＋(A×B) E
2.2.4 ‘C2000 ARAU结构
CPU还有一个与中央算术逻辑单元（CALU）
无关的算术单元，这就是辅助寄存器算术单元（ARAU）。 ARAU的主要功能是与CALU中进行的操作并行地实现对8个辅助寄存器（AR7-AR0）的算术运算。 8个辅助寄存器（AR7-AR0）提供了灵活而有效的间接寻址，指令通过当前辅助寄存器中的16位地址可以访问64KB数据存储器空间的任意单元。
（1）对辅助寄存器线性增量或减量：+/-1或+/-AR0或反
向进位+/-AR0 （2）对辅助寄存器加一常数或减去一个常数，该常数为 8位常数（3）把AR0的内容与当前AR进行比较，结果影响TC标志（通过DWEB修改状态寄存器的TC位）
通常ARAU在流水线的译码阶段（指定操作的指令
输入移位器的输出
经移位后的 32 位输出，和 CALU 已经对齐，
作为 CALU 运算的一个输入量。移位方式如下：（ 1 ）属左移方式：左移时，最低位（ LSB ）以 0 填充，而没有用到的高位则根据状态寄存器 ST1中的符号扩展模式位（ SXM）的设置情况决定填入 0 或是进行符号扩展。当 SXM=0 ，不作符号扩展，此时未用到的高位（MSB）填入 0 ；当 SXM=1 ，作符号扩展，此时由输入数据的最高位扩展到未用到的高位（MSB）上。

DSP原理及应用第2章ppt课件

累加器32位
输出移位器
16位到数据总线
移位方法：
左移，移位时高位丢失，低位补0
例：
3 C F 0 F A0 3
累加器： 0011 1100 1111 0000 1111 1010 0000 0101 左移6位：0011 1100 0011 1110 1000 0001 0100 0000
用SACH指令
2．状态寄存器ST1
D15~D13
ARB
RW-x
D12
CNF
RW-0
D11
TC
RW-x
D7
D6
D5
D4
11 1
XF
RW_x
D10
SXM
RW-1
D3
1
D9
D8
C
1
RW-1
D2 D1 D0
1 PM
RW_0
ARB：辅助寄存器指针缓存器。
除LST #0，xx 指令外，每当加载辅助寄存器指针（ARP）时， ARP原来的值就拷贝到ARB。
Reserved CLKSRC
R-0
RW-0
D13~D12
D11~D9
D8
LPM
CLKPS Reserved
RW-0
RW-1
R-0
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
ADC SCI
SPI
CAN EVB
CLKEN CLKEN CLKEN CLKEN CLKE N
EVA Reserved ILLADR CLKEN
a．溢出方向为正（正向溢出），累加器被最大正数（7FFF FFFFh）填充。
b．溢出方向为负（负向溢出），累加器被最大负数（8000 0000h）填充。

1、c2000体系结构

数据定义伪指令
.byte,.word,.int,.long和.string
引用其他文件的伪指令
.copy,.include,.def,.ref和.gloable
其他常用伪指令
.if,.elseif,.else,.endif和.set,.equ,.asg,.end,.mmregs
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，可以通过SCI串行接口与CPU或其他的异步外设进行通信。 SCI-A和SCI-B
串行外设接口
SPI是一个高速同步串行通信接口，其通信
0x00 0800 PF 0 (2K) reserved 0x00 0D00 PIE vector reserved (256) ENPIE=1 reserved 0x00 1000 0x00 6000 PF 2 (4K) reserved 0x00 7000 PF 1 (4K) reserved 0x00 8000 LO SARAM (4K)
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，240x） 12位（281x，280x） 16通道（281x）
串行通信接口SCI
TI C2000
第一部分：c2000体系结构
本部分内容
1. 2. 3. 4. 5. 6.
C2000结构概述 C2000CPU内核结构 C2000总线结构 C2000的存储器 C2000外设资源 C2000指令体系

第2章 TMS320C2000系列DSP芯片的基本结构及性能

TI公司28x系列DSP的发展趋势。
安徽工程大学电气工程学院
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2.1 C28x Piccolo系列基本结构及性能
2008年10月，TI发布了基于C2000 DSP的 Piccolo系列，取自意大利语“风笛”，是以小巧、低成本、高集成度为主要特点的32位微控制器，采用最新的架构技术成果和增强型外设，能够提供一款低成本的高集成度解决方案，有助于在成本敏感型应用中实现处理器密集型的32位实时控制功能。 Piccolo系列可提供多种封装版本和外设选项，实现了高性能、高集成度、小尺寸以及低成本的完美组合。
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2.1.1 F2802x系列
F2802x Piccolo系列为C28x内核供电，此内核与低引脚数量器件中的高集成控制外设相耦合。该系列的代码与以往基于 C28x的代码相兼容，并且提供了很高的模拟集成度。 F2802x 系列速度为40-60MHz，配有多达64KB Flash，属于低成本入门级产品。
•
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2.2.1 F2833x系列
F2833x系列速度为100-150MHz，Flash多达 512KB。它们是针对要求严格的控制应用的高度集成、高性能解决方案。
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2.2.2 C2834x系列
C2834x系列性能翻倍，达到300MHz，但是此系列解决方案仅限于基于RAM的存储，RAM可达到 516KB。
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C2000是一种注重实时控制应用的微控制器系列，应用范围包括数字电源、数字电机控制、位置传感、汽车雷达等。
C2000器件核心是一个32位C28x CPU，其频率范围介于40400MHz之间，外加浮点单元，部分器件还配有控制律加速器（CLA），它实际上成为与CPU并行运行的第二个内核，能够独立地控制外设。目前在TMS320C2000系列产品中，TI主要推出了四个系列主流产品，即使用广泛的C28x定点系列、低成本与高创新的C28x Piccolo系列、C28x Delfino浮点性能系列以及基于 C28x和ARM Cortex-M3的Concerto多核系列。图2-1给出了

DSP应用技术之二.ppt

数字信号处理系列课程
—— DSP应用技术
DSP 应用技术之二
刘明
数字信号处理系列课程
—— DSP应用技术
二 TMS320C2000处理器
2.1 TMS320C2000各系列DSP概述 2.2 芯片内部结构 2.3 常规外部引脚 2.4 程序控制 2.5 中断控制 2.6 存储器与I/O空间 2.7 片内外设
DSP类型 32位定点 16位定点
特性
150MIPS，32×32位的乘法累加器，外设中断扩展模式，SCI、SPI、 CAN、12位AD(80ns)、McBSP、 watchdog、内部flash存储器，1.9V 内核电压
40MIPS，16×16位乘法累加器，中断控制器，SCI、SPI、CAN、10位 AD(375ns)、McBSP、watchdog、内部Flash存储器，3.3V内核电压
用SETC或CLRC指令，可以对其中某些位置1或清0。
数字信号处理系列课程
—— DSP应用技术
状态寄存器ST0
15 14 13 12
11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
ARP
OV OVM 1 INTM
DP
R/W–x
R/W–0 R/W–x
R/W–1
R/W–x
状态寄存器ST1
15 14 13 12
数字信号处理系列课程
—— DSP应用技术
2. 输入定标部分
功能：将来自存储器的16位数据左移0～16位变成32 位送往中央算术逻辑单元(CALU)。
移位方法：均进行左移，左移后，低位LSB用0填入；没有使用的高位MSB根据状态寄存器ST1的符号扩展模式位SXM决定：
当SXM＝0，用0填入；当SXM＝1，符号扩展。

DSP 第二章 DSP芯片的基本结构和特征

1．存储器分配 TMS320C25具有4K字的片内程序ROM和544字的片内RAM。 RAM分为三块：B0、B1、B2。其中，B0块（256字）既可配置为数据存储器（用CNFD指令），也可配置为程序存储器（用CNFP指令）。其余288字（B1和B2块）只能是数据存储器。 544字的片内RAM可使C25能处理512字的数据阵列，如可进行 256点复数FFT运算，且尚有32字用作中间结果的暂存。 TMS320C25提供片外可直接寻址的程序和数据空间各64K字。寄存器组包含8个辅助寄存器（AR0~AR7），它们可用作数据存储器的间接寻址和暂存，从而增加芯片的灵活性和效率。这些寄存器既可用指令直接寻址，也可用3比特的辅助寄存器指针（ARP）间接寻址。辅助寄存器和ARP既可从数据存储器装数，也可装入立即数。寄存器的内容也可存入数据存储器中。辅助寄存器组与辅助寄存器算术单元（ARAU）相连接，用ARAU访问信息表无需CALU参与地址操作，这样可让CALU进行其他操作。
在哈佛结构中：由于程序和数据存储器在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠运行。 TMS320系列DSP芯片在基本哈佛结构的基础上作了改进：一是允许数据存放在程序存储器中，并被算术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性；二是指令存储在高速缓冲器（Cache）中，当执行此指令时，不需要再从存储器中读取指令，节约了一个指令周期的时间。如TMS320C30具有64个字的Cache。进一步提高了运行速度和灵
2.2.4 特殊的DSP指令DSP芯片的另一个特征:特殊的指令。指令DMOV：它完成数据移位功能。在数字信号处理中，延迟操作非常重要，这个延迟就是由DMOV来实现的。指令LTD：它在一个指令周期内完成LT、DMOV和 APAC（将乘法结果加到ACC中）三条指令。指令FIRS:

TMS320系列DSP芯片介绍

● 4.程序存储器寻址
● 使用程序计数器（PC）寻址，但是，对于一些指令需要用到绝对寻址。
● 5.中断
● 54X支持软件中断（如INTR，TRAP，RESET）和硬件中断，中断可分为可屏蔽中断（如TINT，INT0等）和不可屏蔽中断（如 RESET和NMI），其中RESET的优先级最高，不可屏蔽中断的优先级高于可屏蔽中断的优先级，硬件中断的优先级则高于软件中断的优先级。
● 9.片上的外设
● 可软件编程的等待状态发生器，使得与速度较慢的设备通讯更加方便；
● 片上的锁相环时钟发生器可以对外部时钟信号进行倍频或分频，从而得到自己所需要的时钟频率，当分频时还可节省系统的功耗；
● 可以禁止对外部数据总线，地址总线以及控制信号的控制； ● 可以软件编程的定时器；
● 一些特殊的端口：标准的同步全双工串行口和时分复用（TDM）串行口，自动缓冲串行口（auto-BSP），多通道缓冲串行口（MCBSP），直接内存访问（DMA）控制器和与外部处理器通信的HPI（Host Port Interface）接口。每一个型号的芯49.1标准的边界扫描逻辑接口，即JTAG扫描逻辑电路，用于仿真和测试，可以实现在线仿真。
TMS320C54X的BOOT设计
● 由于直接将程序写入DSP芯片非常困难，所以TMS320C54X DSP 芯片都在片内设置有BOOT程序，它的主要作用是在开机时将用户程序从外部装入到程序存储器。
。在一般形式的FIR滤波
器中，乘法是DSP的重要组成部分。在TMS320系列中，由于具有专用的硬件乘法器，乘法可以在一个指令周期内完成。这样可以大量降低FIR的计算时间。
特殊的DSP指令 ● 4.
。在TMS320系列中有一些特

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2.2 C28x Delfino系列基本结构及性能
• 2009年3月，TI针对高端实时控制应用，推出基于 C2000平台的全新产品Delfino系列，同样同样取自意大利语“海豚”。以其像海豚的灵动与聪慧那样，该系列产品寄托了设计师对产品的美好期望： Delfino系列能以其双倍于以往产品的浮点性能，充分满足更高智能、更低能耗的高端实时控制市场的需求。 TI C2000 32 位微处理器的Delfino浮点系列目前有三种高性能产品，F2833x、F2834x和F2837xD系列，为实时控制应用带来了领先的浮点性能和集成度。
2.2.3 F2837xD系列
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2.3 Concerto系列基本结构及性能
• 2011年6月，TI公司宣布推出新型C2000 Concerto 双核微控制器系列，可帮助用户设计出环保性能与连接能力更佳的应用。这种新型Concerto 32位微控制器将TI的具有同类领先性能的C28x内核及控制外设与ARM Cortex-M3通信内核及连接外设组合起来并于同一个芯片，以提供一种分区明确的架构，可在单个具有成本效益的器件中支持实时控制和高级连接。另外，还增加了新的安全保密功能，创建了易于产品开发的软件基础架构。 “Concerto”一词源自拉丁文，取义“协奏曲”，也就是两种因素既竞争又协作的意思。该系列产品体现了这种特点。 Concerto系列产品是一款具有独立通信和实时控制子系统的多内核片载系统微控制器。
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2.1.2 F2803x系列
F2803x系列把Flash提高到128KB，是配有可选的浮点协处理器（称为“控制律加速器”-CLA），可独立访问反馈与前馈外设，能够提供并行控制环路，以强化主CPU，是实现并行控制环路处理的最早产品系列。.3 F2805x系列
F2805x Piccolo 系列与前面介绍的芯片不同的是在其模拟前端（AFE）包含多达七个比较器，它们具有多达三个数模转换器（DAC），一个VREFOUT 经缓冲的DAC，多达四个可编程增益放大器（PGA）和四个数字滤波器。
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2.1.4 F2806x系列
F2806x包括一个浮点单元（FPU）以及双存储器和新的 Viterbi复杂数学单元（VCU），为Piccolo带来浮点运算功能，以提高性能与易用性。同时在F2803x基础之上增加了USB接口与主控制器，处理复杂映射的VCU，而且把RAM 扩大到 100KB，Flash扩展到256KB。
第2章 TMS320C2000系列DSP芯片的基本结构及性能
2.1 C28x Piccolo系列基本结构及性能 2.1.1 F2802x系列 2.1.2 F2803x系列 2.1.3 F2805x系列 2.1.4 F2806x系列 2.2 C28x Delfino系列基本结构及性能 2.2.1 F2833x系列 2.2.2 C2834x系列 2.2.3 F2837xD系列
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F2837xD系列支持双核C28x处理功能与双实时控制律加速器（CLA），可提供800 MIPS浮点性能，从而可帮助用户为计算要求严格的控制应用开发低时延系统，还可通过将多个嵌入式处理器整合在单个系统中以降低复杂性，充分满足高级伺服驱动器、太阳能中央逆变器以及工业不间断电源（UPS）等需要实时信号分析的应用需求。
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2.2.1 F2833x系列
F2833x系列速度为100-150MHz，Flash多达 512KB。它们是针对要求严格的控制应用的高度集成、高性能解决方案。
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2.2.2 C2834x系列
C2834x系列性能翻倍，达到300MHz，但是此系列解决方案仅限于基于RAM的存储，RAM可达到 516KB。
TI公司28x系列DSP的发展趋势。
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2.1 C28x Piccolo系列基本结构及性能
2008年10月，TI发布了基于C2000 DSP的 Piccolo系列，取自意大利语“风笛”，是以小巧、低成本、高集成度为主要特点的32位微控制器，采用最新的架构技术成果和增强型外设，能够提供一款低成本的高集成度解决方案，有助于在成本敏感型应用中实现处理器密集型的32位实时控制功能。 Piccolo系列可提供多种封装版本和外设选项，实现了高性能、高集成度、小尺寸以及低成本的完美组合。
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2.3 Concerto系列基本结构及性能 2.3.1 F28M35x系列 2.3.2 F28M36x系列 2.4 C28x Delfino系列基本结构及性能 2.4.1 TMS320F281x系列DSP的主要性能 2.4.2 TMS320F2812DSP的功能结构图及片内外设 2.4.3 TMS320F2812DSP的引脚分布及功能
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C2000是一种注重实时控制应用的微控制器系列，应用范围包括数字电源、数字电机控制、位置传感、汽车雷达等。
C2000器件核心是一个32位C28x CPU，其频率范围介于40400MHz之间，外加浮点单元，部分器件还配有控制律加速器（CLA），它实际上成为与CPU并行运行的第二个内核，能够独立地控制外设。目前在TMS320C2000系列产品中，TI主要推出了四个系列主流产品，即使用广泛的C28x定点系列、低成本与高创新的C28x Piccolo系列、C28x Delfino浮点性能系列以及基于 C28x和ARM Cortex-M3的Concerto多核系列。图2-1给出了
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2.1.1 F2802x系列
F2802x Piccolo系列为C28x内核供电，此内核与低引脚数量器件中的高集成控制外设相耦合。该系列的代码与以往基于 C28x的代码相兼容，并且提供了很高的模拟集成度。 F2802x 系列速度为40-60MHz，配有多达64KB Flash，属于低成本入门级产品。