DSP開(kāi)發(fā)入門(mén)之經(jīng)驗分享
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(1).你是否應該或需要使用DSP?
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/170793.htm(2).你應該選擇哪個(gè)型號的DSP?
(3).你熟悉你即將使用的DSP嗎?包括它的硬件結構、外設控制、指令系統、尋址方式以及開(kāi)發(fā)環(huán)境(工具)?
1-1為什么要采用數字信號處理?
(1)靈活性
在模擬處理系統，當需要改變一個(gè)模擬系統的應用時(shí)，你可能不得不修改硬件設計，或調整硬件參數。而在數字處理系統，你可以通過(guò)改變數字信號處理軟件來(lái)修改設置，以適應不同的需要。
(2)精度
在模擬處理系統，系統精度受元器件影響，同一批次產(chǎn)品可能有不同的性能。而在數字處理系統中，精度僅與A/D的位數和計算機字長(cháng)、算法有關(guān)，它們是在設計系統是就已經(jīng)決定了的。
(3)可靠性和可重復性
模擬系統易受環(huán)境溫度、濕度、噪聲、電磁場(chǎng)等的干擾和影響，而數字系統的可靠性和可重復性好。
(4)大規模集成
模擬系統盡管已有一些模擬集成電路，但品種較少、集成度不高、價(jià)格較高。而數字系統中DSP體積小、功能強、功耗小、一致性好、使用方便、性能/價(jià)格比高。
(5)虛擬特性與升級
一模擬系統系統只能對應一種功能，升級意味著(zhù)新型號的系統的研制。而數字系統中一套系統對應多種功能，只要裝上不同的軟件即可。
圖1：軟件使得數字系統更加靈活
(6)特殊應用:有些應用只有數字系統才能實(shí)現
例如:信息無(wú)失真壓縮(LOSSLESS COMPRESSION)、V型濾波器(NOTCH FILTER)、線(xiàn)性相位濾波器(LINEAR PHASE FILTER)等等.
但數字信號處理也有局限性:
(1) 實(shí)時(shí)性
模擬系統中除開(kāi)電路引入的延時(shí)外，處理是實(shí)時(shí)的。而數字系統:由計算機的處理速度決定。
(2)高頻信號的處理:
模擬系統可以處理包括微波毫米波乃至光波信號，而數字系統:按照奈奎斯特準則的要求，受S/H、A/D和處理速度的限制。
(3)模擬與數字信號的轉換
現實(shí)世界的信號絕大多數是模擬的(溫度、速度、壓力等)，轉換成的電信號也是模擬的(電流、電壓等)。要實(shí)現數字處理，就必須進(jìn)行轉換。所以一般在一個(gè)DSP系統中都有數/?；蚰?數轉換電路，這也限制了DSP的應用。下面是一個(gè)采用DSP做信號處理的典型框圖:
采用DSP做信號處理的典型框圖
1-2 DSP的發(fā)展與特點(diǎn)
DSP的特點(diǎn)
(1)哈佛結構
程序與數據存儲空間分開(kāi)，各有獨立的地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)，取指和讀數可以同時(shí)進(jìn)行，從而提高速度。
(2)用指令流水線(xiàn)
(3)硬件乘法/累加器
在卷積、數字濾波、FFT、相關(guān)、矩陣運算等算法中，都有∑SA(k)B(n－k)一類(lèi)的運算，其中包含大量重復乘法和累加。在通用計算機的乘法用軟件實(shí)現，需要用若干個(gè)機器周期。而DSP有專(zhuān)用的硬件乘法器，使用MAC指令(取數、乘法、累加)，可以在單周期內完成。
(4)多種尋找方式
循環(huán)尋址(Circular addressing)，位倒序(bit-reversed)等特殊指令，使FFT、卷積等運算中的尋址、排序及計算速度大大提高。1024點(diǎn)FFT的時(shí)間己小于1ms。
(5)獨立的DMA總線(xiàn)和控制器
有一組或多組獨立的DMA總線(xiàn)，可以與CPU的程序、數據總線(xiàn)并行工作。在不影響CPU工作的條件下，DMA速度已達800Mbyte/s以上。(6)多處理器接口現在的DSP中大多都提供了串口和并口，使多個(gè)處理器可以很方便的并行或串行工作。如TMS320C40有6個(gè)8-bit的接口，VC5420提供MsBSP和16位的并口，ADI的ADSP21160也有類(lèi)似的結構。
(7)所有DSP芯片都包含JTAG(Joint Test Action Group)標準測試接口(IEEE 1149標準接口)，便于對DSP作片上的在線(xiàn)仿真和多DSP條件下的調試。
DSP的發(fā)展
更高的運行速度和信號處理速度
多DSP協(xié)同工作
更方便的開(kāi)發(fā)環(huán)境
大量專(zhuān)用DSP的出現(DSP核)
更低的價(jià)格，或更高的性能/價(jià)格比
更廣泛的應用(每年以30％增長(cháng))
更低的功耗(55X 0.05mw/MIPS)
1-3 TI的DSP系列
DSP的主要供應商
目前市場(chǎng)上的主要DSP生產(chǎn)商包括TI，ADI，Motorola，Lucent和Zilog等，其中TI占有最大市場(chǎng)份額。作為第一片DSP產(chǎn)品TMS32010的生產(chǎn)商和DSP行業(yè)的領(lǐng)頭者，TI公司的產(chǎn)品包括從低端的低成本低速度DSP到高端大運算量的DSP產(chǎn)品。
TI的三大主力DSP產(chǎn)品
C5000系列:C54X，C54XX，C55X(低功耗)
C2000系列:C20X，F20X，F24X，F24XX(控制器)
C6000系列:C62XX，C67XX，C64X(高性能)
TI其他DSP產(chǎn)品
C3X系列(浮點(diǎn)):C30，C31，C32，VC33
C2x和C5x系列:C20，C25，C50等
C4X、C8X系列
1.4 TI的DSP系列介紹
目前，廣泛使用的TI的DSP有三個(gè)系列:C2000，C5000和C6000，C3X也有使用，而其他型號都基本淘汰。需要提醒注意的是，同一系列中不同型號的DSP一般都具有相同的DSP核，相同或兼容的匯編指令系統；而它們的差別僅在于片內存儲器的大小，外設資源(如定時(shí)器、串口、并口等)的多少。不同系列的DSP它們的匯編指令系統不兼容，但匯編語(yǔ)言的語(yǔ)法非常相似。除了匯編語(yǔ)言外，TI還為每個(gè)系列都提供了優(yōu)化c編譯器，方便用戶(hù)使用c(使用ANSI的標準c)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，效率可以做到手工匯編的90％甚至更高。下面我們簡(jiǎn)單介紹這個(gè)常用系列:
1.C2000系列:
C2000系列是一個(gè)控制器系列，全部為16位定點(diǎn)DSP。該系列中的一些型號具有片內FLASH RAM，如TMS320F24x，TMS320LF240x等。TI所有DSP中，也只有C2000有FLASH。作為控制器，C2000系列除了有一個(gè)DSP核以外，還有大量的外設資源，如A/D、定時(shí)器、各種串口(同步或異步)、WATCHDOG、CAN總線(xiàn)、PWM發(fā)生器、數字IO腳等等。特別是C2000的異步串口可以與PC的UART相連，也是TI所有DSP中唯一具有異步串口的系列。
圖2 ： C2000系列DSP的型號
2.C5000系列:
C5000系列是一個(gè)定點(diǎn)低功耗系列，特別適用于手持通訊產(chǎn)品，如手機、PDA、GPS等。目前的處理速度一般在80MIPS一400MIPS。C5000系列主要分為C54xx和C55XX兩個(gè)系列。兩個(gè)系列在執行代碼級是兼容的，但他們的匯編指令系統卻不同。目前TMS320VC5402的零售價(jià)在￥60一￥80元，性?xún)r(jià)比極高。C5000包含的主要外設有McBPS同步串口，HPI并行接口，定時(shí)器，DMA等。其中C55XX提供EMIF外部存儲器擴展接口，允許用戶(hù)直接使用SDRAM、SBSRAM、SRAM、EPROM等各種存儲器。而C54XX沒(méi)有提供EMIF，所以只能直接使用靜態(tài)存儲器SRAM和EPROM。另外，C5000系列一般都使用雙電源供電，其I/0電壓和核電壓一般不同，而且不同型號也有差別。不過(guò)，TI提供了全系列的DC—DC變換器可以解決DSP的電源問(wèn)題。
C5000系列一般都提供PGE封裝，便于PCB板的制作。
圖3： C5000系列DSP
3.C3X系列:
C3X系列雖然不是目前TI的主流產(chǎn)品，但作為一個(gè)32位的低價(jià)位浮點(diǎn)DsP，仍然被廣泛使用。其中，TMS320VC33的價(jià)格大約在￥200元左右，其最高處理速度為150MFLOPs。C3X系列的結構比較簡(jiǎn)單，外設也比較少，主要有同步串口，DMA通道，定時(shí)器，能用于數字I/O的引腳也只有2條。下面是VC33的簡(jiǎn)單情況:
高品質(zhì)的浮點(diǎn)DSP，13ns和17ns指令周期
34Kx32Bit片內RAM
X5 PLL時(shí)鐘產(chǎn)生器
低功耗，200mv@150MFLOPS
16/32bits整數和32/40bits浮點(diǎn)數運算
32位指令字，24bits地址線(xiàn)
具有BOOTLOADER。一個(gè)串口，兩個(gè)32位的定時(shí)器和DMA
八個(gè)擴展精度寄存器，R0，R1，。。R7
雙電壓共電，1.8V核電壓和3.3V的I/O電壓
支持JTAG調試標準。四個(gè)簡(jiǎn)單、高效的預譯碼信號
4.C6000系列:
C6000系列是一個(gè)32位的高性能的DSP芯片，目前處理速度從800MIPS一2400MIPS，而且還在不斷提高。其中，C62XX為定點(diǎn)系列，C67XX和C64XX為浮點(diǎn)系列。同C55XX一樣，C6000也提供EMIF擴展存儲器接口，方便用戶(hù)使用各種外部擴展存儲器，如SBSRAM、SDRAM、SRAM、EPROM。C6000提供的主要外設有McBPS同步串口，HPI并行接口，定時(shí)器，DMA等。另外，在C6000的一些型號中還提供了PCI接口。C6000幾乎都只提供BGA球形封裝，在PCB板制作時(shí)需要多層板，增加了開(kāi)發(fā)和調試的難度。另外，C6000系列的功耗較大，需要仔細考慮DSP與系統其他部分的電力分配，選擇適當的DC—DC轉換器。
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