DSP芯片的基本结构和特征

DSP芯片介绍1 什么是DSP芯片DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。

DSP 芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP 指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。

根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下的一些主要特点：（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。

（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。

（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。

（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。

（5）快速的中断处理和硬件I/O支持。

（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。

（7）可以并行执行多个操作。

（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。

2 DSP芯片的发展世界上第一个单片DSP芯片是1978年AMI公司宣布的S2811，1979年美国Iintel公司发布的商用可编程期间2920是DSP芯片的一个主要里程碑。

这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须的单周期芯片。

1980年。

日本NEC公司推出的μPD7720是第一个具有乘法器的商用DSP 芯片。

第一个采用CMOS 工艺生产浮点DSP芯片的是日本的Hitachi 公司，它于1982年推出了浮点DSP 芯片。

1983年，日本的Fujitsu公司推出的MB8764，其指令周期为120ns ，且具有双内部总线，从而处理的吞吐量发生了一个大的飞跃。

而第一个高性能的浮点DSP芯片应是AT&T公司于1984年推出的DSP32。

在这么多的DSP芯片种类中，最成功的是美国德克萨斯仪器公司（Texas Instruments，简称TI）的一系列产品。

TI公司灾982年成功推出启迪一代DSP 芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17等，之后相继推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP 芯片TMS32C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS32C40/C44，第五代DSP芯片TMS32C50/C51/C52/C53以及集多个DSP于一体的高性能DSP芯片TMS32C80/C82等。

1 DSP芯片的特点：（1）.哈佛结构（程序空间和数据空间分开）（2）.多总线结构.（3）流水线结构（取指、译码、译码、寻址、读数、执行）（4）多处理单元. （5）特殊的DSP指令（6）.指令周期短. （7）运算精度高.（8）硬件配置强.（9）DSP最重要的特点：特殊的内部结构、强大的信息处理能力及较高的运行速度。

2 三类TMS320：（1）TMS320C2000适用于控制领域（2）TMS320C5000应用于通信领域（3）TMS320C6000应用于图像处理3 DSP总线结构：C54x片内有8条16位主总线：4条程序/数据总线和4条对应的地址总线。

1条程序总线（PB)：传送自程序储存器的指令代码和立即操作数。

3条数据总线（CB、DB、EB）：CB和EB传送从数据存储器读出的操作数；EB传送写到存储器中的数据。

4条地址总线（PAB、CAB、DAB、EAB）传送相应指令所需要的代码4存储器的分类：64k字的程序存储空间、64K字的数据存储空间和64K字的I/O空间（执行4次存储器操作、1次取指、2次读操作数和一次写操作数。

5存储器空间分配片内存储器的形式有DARAM、SARAM、ROM 。

RAM安排到数据存储空间、ROM构成程序存储空间。

（1）程序空间：MP/MC=1 40000H~FFFFH 片外MP/MC=0 4000H~EDDDH 片外FF00H~FFFFH 片内OVL Y=1 0000H~007FH 保留0080H~007FH 片内OVL Y=0 0000H~3FFFH片外（2）数据空间：DROM=1 F000H~F3FFH 只读空间FF00H~FFFH保留DROM=0 F000H~FEFFH 片外6数据寻址方式（1）立即寻址（2）绝对寻址<两位>(3)累加器寻址（4）直接寻址@<包换数据存储器地址的低7位>优点：每条指令只需一个字（5）间接寻址*按照存放某个辅助寄存器中的16位地址寻址的AR0~AR7（7）储存器映像寄存器寻址（8）堆栈寻址7寻址缩写语Smem：16位单寻址操作数Xmem Ymem 16位双dmad pmad PA16位立即数（0-65535）scr源累加器dst目的累加器lk 16位长立即数8状态寄存器ST0 15~13ARP辅助寄存器指针12TC测试标志位11C进位位10累积起A 的一出标志位OV A 9OVB 8~0DP数据存储器页指针9状态寄存器ST1 CPL：直接寻址编辑方式INTM =0开放全部可屏蔽中断=1关闭C16 双16位算数运算方式10定点DSP 浮点DSP：定点DSP能直接进行浮点运算，一次完成是用硬件完成的，而浮点需要程序辅助。

DSP芯片的基本结构和特征引言DSP芯片（Digital Signal Processor，数字信号处理器）是一种专用于数字信号处理任务的微处理器。

它具有高处理速度和低功耗等特点，广泛应用于音频、视频、通信、雷达、图像处理等领域。

本文将介绍DSP芯片的基本结构和特征，以便读者更好地了解和应用该技术。

1. DSP芯片的基本结构DSP芯片的基本结构通常包括三个主要部分：中央处理单元（CPU）、存储器和数字信号处理模块。

下面将详细介绍这些部分的功能和特点。

1.1 中央处理单元（CPU）中央处理单元是DSP芯片的核心，负责控制和执行指令。

它通常由一个或多个运算单元（ALU）和一个控制单元组成。

ALU负责执行算术和逻辑运算，而控制单元则负责解码和执行指令序列。

中央处理单元是DSP芯片实现高速运算的关键部分。

1.2 存储器存储器是DSP芯片的重要组成部分，用于存储程序代码、数据和中间结果。

它通常包括两种类型的存储器：指令存储器（程序存储器）和数据存储器。

指令存储器用于存储程序代码和指令，而数据存储器用于存储数据和中间结果。

存储器的大小和访问速度对DSP芯片的性能有重要影响。

1.3 数字信号处理模块数字信号处理模块是DSP芯片的核心功能模块，用于执行数字信号处理任务。

它通常包括以下几个功能单元：时钟和定时器单元、数据通路单元、乘法器和累加器（MAC）单元以及控制逻辑单元。

时钟和定时器单元用于提供时序控制和定时功能，数据通路单元用于数据传输和处理，乘法器和累加器单元用于高速乘加运算，控制逻辑单元用于控制和协调各个功能单元的操作。

2. DSP芯片的特征DSP芯片相较于通用微处理器具有一些明显的特征，下面将介绍几个主要特征。

2.1 高速运算能力DSP芯片具有高速运算能力，主要得益于其专门的运算单元和并行处理能力。

相较于通用微处理器，DSP芯片能够更快地执行算术和逻辑运算，满足实时信号处理的需求。

2.2 低功耗设计DSP芯片在设计过程中注重功耗的控制，以满足移动设备和嵌入式系统等低功耗应用的需求。

DSP芯片的基本结构DSP芯片的基本结构包括：1.哈佛结构；2.流水线操作；3.专用的硬件乘法器；4.特殊的DSP指令；5.快速的指令周期。

哈佛结构哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。

与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。

由于程序和存储器在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠。

流水线与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行的时间，从而增强了处理器的处理能力。

处理器可以并行处理二到四条指令，每条指令处于流水线的不同阶段。

CLLOUT1，取指N N-1 N-2，译码N-1 N N-2，执行N-2 N-1 N，专用的硬件乘法器，乘法速度越快，DSP处理器的性能越高。

由于具有专用的应用乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。

特殊的DSP指令DSP芯片是采用特殊的指令。

快速的指令周期哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。

DSP芯片的选择方法一般而言，定点DSP芯片的价格较便宜，功耗较低，但运算精度稍低。

而浮点DSP芯片的优点是运算精度高，且C语言编程调试方便，但价格稍贵，功耗也较大。

例如TI的T MS320C2XX/C54X系列属于定点DSP芯片，低功耗和低成本是其主要的特点。

而TMS320C3X/C4X/C67X属于浮点DSP芯片，运算精度高，用C语言编程方便，开发周期短，但同时其价格和功耗也相对较高。

DSP应用系统的运算量是确定选用处理能力为多大的DSP芯片的基础。

运算量小则可以选用处理能力不是很强的DSP芯片，从而可以降低系统成本。

相反，运算量大的DSP系统则必须选用处理能力强的DSP芯片，如果DSP芯片的处理能力达不到系统要求，则必须用多个DSP芯片并行处理。