《DSP原理及应用》课件 郑玉珍 机械工业出版社 第1章 绪论

多处理器结构
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1.2.2 与CPU、MCU、FPGA/CPLD的比较
与CPU、MCU、FPGA/CPLD的比较
尽管微处理器集成度很高，但仍需要较多的外围电路， 使得其性价比、体积、功耗都都比DSP大的多。 但单片机的控制接口种类比DSP多，适用于以控制为主 的模数混合设计，同时在成本上单片机的价格也低的 多。
（4）图形/图像处理：如三维图像变换、模式识别、
图像增强、动画、电子地图等。
（5）自动控制：如机器人控制、自动驾驶、发动机控
制、磁盘控制等。
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2.1 TMS320C54x的硬件结构特性
2.1.1 TMS320C54X的硬件结构 2.1.2 TMS320C54X的主要特性
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1.2.1 DSP芯片的特点 1.2.2 与CPU、MCU、FPGA/CPLD的比较 1.2.3 DSP产品简介
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1.1
数字信号处理概述
数字信号处理概述
DSP可以代表数字信号处理技术（Digital Signal Processing），也 可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor
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2.1.2 TMS320C54x的主要特性
1
CPU
2
存储器
3 片内外设
4 指令系统
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2.1.2
CPU
CPU
（1） 先进的多总线结构(1条程序总线、3条数据总线和4
条地址总线)。
（2） 40位算术逻辑运算单元(ALU)。包括1个40位桶形移

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1.1 DSP概述
▪ DSP与DSP技术 ▪ DSP技术发展的两个领域 ▪ 数字信号处理的实现方法 ▪ DSP系统的特点
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▪ 1. DSP与DSP技术
☉DSP(Digital Signal 理论和方法。
☉DSP(Digital Signal Processor) ----用于数字信号处理的可编程微处理器。
☉集成方便。因为DSP芯片内除DSP芯片还有一 定的外围电路。
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1.2 可编程DSP芯片
▪ DSP芯片的结构特点 ▪ DSP芯片的分类 ▪ DSP芯片的发展及趋势 ▪ DSP芯片的应用
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▪ 1. DSP芯片的结构特点
（1） 改进的哈佛结构
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（2）多总线结构 多总线结构可以保证在一个机器周期内多次访问程
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▪ 2. DSP技术发展的两个领域
☉理论：数字信号处理的理论和方法近二十年来得到迅 速的发展，为各种实时处理的应用提供了方法基础。 如：声音图像压缩编码，加密解密，调制解调，智能 天线。
☉应用：为了满足市场需求，随着微电子科学与技术的 进 步 ， DSP 的 性 能 在 迅 速 提 高 。 如 ： 时 钟 频 率 达 到 1.1GHZ；处理速度每秒90亿次，32位浮点运算，吞吐 率达到2Gbit/s
序空间和数据空间。
如：TMS320C54x内部有P、C、D、E 4条总线(每条 总线又包括地址总线和数据总线)，可以在一个机器周期 内从程序存储器取1条指令、从数据存储器读2个操作数 和向数据存储器写1个操作数，大大提高了DSP的运行速 度。

DSP的分类
⑵ 按数据格式分：DSP对数据的处理有两种格式：定点数据格式 和浮点数据格式。
①定点DSP芯片：数据以定点格式参加运算。 ②浮点DSP芯片：数据以浮点格式参加运算。不同浮点DSP所 采用的浮点格式可能不同。
⑶按用途分： ①通用型：适合普通的DSP应用。 ②专用型：为特定的功能、运算而设计的。如数字滤波、卷 积、FFT等。如TMS320C24x适合自动控制；MOTOLORA公 司的DSP56200专用于数字滤波。
滤 波
抗混叠滤波器将输入信号X(t)中比主要频率高的信号分量滤除， 避免产生信号频谱的混叠现象。 A/D——将输入的模拟信号转换为DSP芯片可接收的数字信号。 DSP芯片——对A/D输出的信号进行某种形式的数字处理。 D/A——经过DSP芯片处理的数字样值经D/A转换为模拟量，然 后进行平滑滤波得到连续的模拟信号。
DSP的分类
DSP的分类有三种方式：按基础特性分、按数据格式分、按用途分
⑴按基础特性分：DSP芯片的工作时钟（主频）和指令类型
①静态DSP芯片：该类型在某时钟频率范围内都能正常工作，除计 算速度有变化外，没有性能上的下降。如日本OKI电器公司的DSP 和TI公司的TMS320C2XX系列；
②一致性DSP：两种或更多的DSP芯片，其指令集、机器代码及管 脚结构相互兼容。如美国TI公司的TMS320C54X。
时钟 取指
N N+1 N+2 N+3
如四级流水线的操作图： 译码
N-1
N
N+1 N+2
取操作数
N-2 N-1
N
N+1
执行
N-3 N-2 N-1 N
利用这种流水线结构，加上执行重复操作，保证了数字信号处 理中用得最多的乘法累加运算可以在单个指令周期内完成。

第5章 CCS集成开发软件
第6章 TMS320C54x片内外设
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《 DSP原理与应用》课件
第1章 绪论
第2章 TMS320C54x硬件系统
第3章 TMS320C54x指令系5统.1 CCS主要功能 5.2 CCS的安装和设置
第4章 TMS320C54x的软件5开.3发CCS的使用
《 DSP原理与应用》课件
第1章 绪论 第2章 TMS320C54x硬件系统 第3章 TMS320C54x指令系统 第4章 TMS320C54x的软件开发
第5章 CCS集成开发软件 第6章 TMS320C54x片内外设
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《 DSP原理与应用》课件
1.2.1 DSP芯片的特点 1.2.2 与CPU、MCU、FPGA/CPLD的比较 1.2.3 DSP产品简介
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1.1
数字信号处理概述
数字信号处理概述
DSP可以代表数字信号处理技术（Digital Signal Processing），也 可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor
第1章 绪论
第2章 TMS320C54x硬件系统
1.1 数字信号处理概述 1.2 可编程DSP芯片 1.3 DSP芯片的发展及应用
第3章 TMS320C54x指令系统 第4章 TMS320C54x的软件开发 第5章 CCS集成开发软件
第6章 TMS320C54x片内外设
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FPGA/CPLD进行各种数字信号处理混合功能实现就不如 DSP，进行复杂运算如解方程或浮点数据处理也不行

TMS320C54x硬件系统 第2章 TMS320C54x硬件系统
第3章 第4章 第5章 TMS320C54x指令系统 指令系统 TMS320C54x的软件开发 的软件开发 CCS集成开发软件 集成开发软件
TMS320C54x片内外设 第6章 TMS320C54x片内外设
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走信息路 走信息路
CCS集成开发软件 第5章 CCS集成开发软件
5.4
用CCS实现简单程序开发 实现简单程序开发
5.5 CCS工程文件的调试 工程文件的调试 TMS320C54x片内外设 第6章 TMS320C54x片内外设 CCS的图形显示功能 5.6 的图形显示功能 5.7 CCS中的其他问题 中的其他问题
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2.1.2
存储器
存储器
（1） 具有192 K字（16bit）可寻址存储空间： 具有192 K字 16bit）可寻址存储空间： 但一般情况下，DARAM总是 （2） 片内双寻址 RAM(DARAM) 但一般情况下，DARAM总是 映射到数据空间， 映射到数据空间，用于存放数据 片内单寻址RAM(SARAM):SARAM也可分成若干块， RAM(SARAM):SARAM也可分成若干块 （3） 片内单寻址RAM(SARAM):SARAM也可分成若干块，但 在一个机器周期内只能读一次或写一次 一次。 在一个机器周期内只能读一次或写一次。 ARAU)
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2.1.2
TMS320C54x的主要特性 的
1
CPU 存储器 片内外设 指令系统
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3
4
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2.1.2
CPU CPU

DSP与模拟信号处理的比较
原始信号
模拟信号处理基于连续信号，数字信号处理基于离散信号。
处理方式
数字信号处理能够使用计算机技术来高效地实现复杂的处理算法。
系统复杂度
数字信号处理系统通常比模拟信号处理系统更加复杂，但可以实现更高的处理精度。
数字信号处理中的时间和频率分析
时间域分析
时间域分析用于了解信号随时间变化的规律，以便 更好地理解信号。
DSP在音频信号处理中的应用
音频数字信号处理
音频数字信号处理可以提高音质，混响消除，消回声降噪等方面都可以运用。
立体声
DSP在立体声方面可以实现环绕音效、模拟融合等处理。
语音识别
DSP技术在语音识别中发挥着极其重要的作用。
DSP在视频信号处理中的应用
视频编解码
DSP在视频编解码方面可以提高压缩速度和压缩比；
数字滤波器分为有限脉冲响应（FIR）和无限脉 冲响应（IIR）两种类型。
数字滤波器的特点
数字滤波器可以实现各种复杂滤波算法，具有 高精度和处理速度快等特点。
FIR与IIR数字滤波器的比较
FIR数字滤波器
FIR数字滤波器具有线性相位、相对稳定的稳态性能，但计算复杂度通常较高。
IIR数字滤波器
IIR数字滤波器具有更低的计算复杂度，但是在一些特殊情况下可能会出现不稳定性。
先进芯片技术
先进芯片技术是DSP未来发展的必要条件，新的芯片 技术必将会为DSP的智能化、小型化开辟新的道路。
人工智能
随着人工智能的发展，DSP将有更广泛的应用场景， 如机器人、自动驾驶等领域。
DSP在智能控制领域的应用前景
自动控制
在自动控制领域，DSP可以用于传感器数据采集、处理、控制回路与调节等方面。

1、数字信号处理的实现方法：
①在通用的计算机上用软件实现。 ②在通用计算机系统上加上专用的加速处理机实现。 ③用通用的单片机实现。 ④用通用的可编程DSP芯片实现。 ⑤用专用的DSP芯片实现。 ⑥用/CPLD/FPGA实现。
2、数字信号处理系统的一般组成
抗混叠 X(t)
滤波
A/D 转换 X(n) DSP 芯片 Y(n) D/A转换
程序地址总线
控制总线
冯
控制总线 存 储 器 指
诺
CPU
令和数据
曼
共用
CPU
程序存储器
数据存储器
基本哈 佛结构
结
构
数据总线
程序数据总线 数据数据总线
程序/数据
数据
程序/数据
数据
高速缓存
改进哈佛 结构
⑵多总线结构 DSP主要特点续
对DSP来说，总线越多，可以完成的功能就越复杂。
⑶流水线结构
时钟 取指
N N+1 N+2 N+3
⑸特殊的DSP指令 DSP主要特点续
在 DSP 的 指 令 系 统 中 ， 设 计 了 一 些 特 殊 的 DSP 指 令 。 例 如 TMS320C54x中的FIRS和LMS指令，则专门用于系数对称的FIR 滤波器和LMS算法。 ⑹指令周期短
DSP广泛采用亚微米CMOS制造工艺，如TMS320C54x，其运行 速度可达200MIPS。 TMS320C55x，其运行速度可达400MIPS。 TMS320C6414T的时钟为1GHz，运行速度达到8000 MIPS。
⑺运算精度高
DSP的字长有16位、24位、32位。为防止运算过程中溢出，累加 器 达 到 40 位 。 此 外 ， 一 批 浮 点 DSP ， 例 如 TMS320C3x 、 TMS320C4x、 TMS320C67x、 TMS320F283x、 ADSP21020等， 则提供了更大的动态范围。

并行存储和并行加载的算术指令。
条件存储指令。 从中断快速返回指令。
第五页，共52页。
在片外围电路（如图2-1所示） 软件可编程等待状态发生器。 可编程分区转换逻辑电路。 带有内部振荡器。 外部总线关断控制，以断开外部的数据总线、地
址总线和控制信号。 数据总线具有总线保持器特性。 可编程定时器。并行主机接口（HPl）。
第六页，共52页。
电源 可用IDLEl、IDLE2和IDLE3指令控制功耗，以工
作在省电方式。 可以控制关断CLKOUT输出信号。
第七页，共52页。
在片仿真接口 具 有 符 合 IEEEll49.1 标 准 的 在 片 仿 真 接 口
（JTAG）。 速度 单周期定点指令的执行时间为25/20/15/12.5/10-
第三十三页，共52页。
15～13
12 11 10 9
ARP
TC C OV OV
AB
8～0 DP
图2-9 状态寄存器ST0位结构
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表2-2 状态寄存器ST0
第三十五页，共52页。
15 14 13 12 11 10 9
8
7
6
5 4～
0
BR CP XF HM INT 0 OV SX C16 FR CM AS
1 3FFFH 1 4000H
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外部
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外部
2 0000H
2 3FFFH 2 4000H
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外部
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外部
... F 0000H
... F 3FFFH
... F 4000H
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片的种类
3．按用途分 ． 按照DSP芯片的用途来分，可分为通用型 芯片的用途来分， 按照 芯片的用途来分 可分为通用型DSP芯 芯 片和专用型的DSP芯片。通用型 芯片。 片和专用型的 芯片 通用型DSP芯片适合普 芯片适合普 通的DSP应用，如TI公司的一系列 应用， 公司的一系列DSP芯片。专 芯片。 通的 应用 公司的一系列 芯片 用型DSP芯片市为特定的 芯片市为特定的DSP运算而设计，更适 运算而设计， 用型 芯片市为特定的 运算而设计 合特殊的运算，如数字滤波，卷积和FFT等。 合特殊的运算，如数字滤波，卷积和 等
第1章 绪论 章
1.1 数字信号处理概述 1.2 数字信号处理器概述
1.1 数字信号处理概述
1.1.1 数字信号处理系统的构成 1.1.2 数字信号处理的实现 1.1.3 数字信号处理的特点
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1.1.1 数字信号处理系统的构成
图1-1 典型的数字信号处理系统
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1.1.2 数字信号处理的实现
（1）在通用的微机上用软件实现。 ）在通用的微机上用软件实现。 芯片来实现。 （2）利用特殊用途的 ）利用特殊用途的DSP芯片来实现。 芯片来实现 3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实 （3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实 现。 用户可编程器件来实现。 （4）用FPGA/CPLD用户可编程器件来实现。 ） 用户可编程器件来实现
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1.2.3 DSP芯片的主要特点 芯片的主要特点
1．哈佛结构 ． 2．多总线结构 ． 3． 3．指令系统的流水线操作 4．专用的硬件乘法器 ． 5．特殊的 指令(如 ．特殊的DSP指令 如100MIPS) 指令 6．快速的指令周期 ． 7．硬件配置强 ．
时钟 取指 译码 取操作数 执行 N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N