[信息与通信]第2章DSP原理及运用绪论.ppt

作业: 1. 美国德州仪器（TI）公司生产的TMS320系列芯片主推C2000系列，C5000系列，C6000系列，试分析这三种系列芯片的典型应用领域。 2.数字信号处理的硬件实现可分为单片机实现和DSP实现，试对比分析两者各自主要的优点，缺点。 3.试分析冯·诺依曼结构与哈佛总线结构各自的特点。 1.2 数字信号处理器概述 1.2.1 DSP芯片的分类 1.2.2 DSP芯片的主要特点 1.2.3 DSP芯片的应用 返回首页 1.2.1 DSP芯片的分类 DSP芯片可以按照以下3种方式进行分类。 1. 按硬件实现方式分 2．按数据格式分 3．按用途及应用领域分 返回本节 数字信号处理的硬件实现 数字信号处理的硬件实现可分为单片机实现和DSP实现 单片机： 优点：接口性能好； 缺点：总线结构是冯·诺依曼结构，系统复杂，特别是乘法运算速度慢； DSP： 优点：哈佛总线结构，内部具有硬件乘法器等可以实现某些特定功能，具有很高的并行特性，专门的指令系统； 缺点：灵活性差。 数据格式 定点DSP和浮点DSP 在定点DSP中，小数点的位置在一个数据字中是固定的。而在浮点格式中，一个数据字被分成两部分，分别表示指数和底数，因此它所表示的数据的小数点随着指数的变化而浮动。浮点格式所能表示的数据范围要比定点格式大得多，在大多数应用中都不需要特别考虑运算的溢出问题。 用途及应用领域 通用DSP芯片的代表性产品包括TI公司的TMS320系列、AD公司ADSP21xx系列、MOTOROLA公司的DSP56xx系列和DSP96xx系列、ATT公司的DSP16/16A和DSP32/32C等单片器件。 TI的三大主力DSP产品系列为: C2000系列主要用于数字控制系统； C5000（C54x、C55x）系列主要用于低功耗、便携的无线通信终端产品； C6000系列主要用于高性能复杂的通信系统。 C5000系列中的TMS320C54x系列DSP芯片被广泛应用于通信和个人消费电子领域。 返回本节 1.2.2 DSP芯片的主要特点 1．哈佛结构 2．多总线结构 3．流水线技术 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 1. 哈佛结构 Harvard architecture 以奔腾为代表的通用微处理器，其程序代码和数据共用一个公共的存储空间和单一的地址与数据总线，取指令和取操作数只能分时进行，这样的结构称为冯·诺依曼结构(Von Neumann architecture) Harvard architecture DSP处理器则毫无例外地将程序代码和数据的存储空间分开，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） MFLOPS--Million Floating Operation Per Second 冯·诺依曼结构与哈佛总线结构的特点 例如: 在做数字滤波处理时，将滤波器的参数存放在程序代码空间里，而将待处理的样本存放在数据空间里，这样，处理器就可以同时提取滤波器参数和待处理的样本，进行乘和累加运算。 两种结构对比 冯·诺依曼结构： 程序存储和数据存储共用一个存储空间。编址依靠指令计数器提供的地址来区分是指向数据还是地址，只能串行执行，速度慢，数据吞吐量小； 哈佛总线结构： 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，允许直接在程序和数据之间进行信号传递，具有高速运算能力。 ? 改进的哈佛总线结构 为了进一步提高信号处理的效率，在哈佛结构的基础上，又加以改进，使得程序代码和数据存储空间之间也可以进行数据的传送，称为改进的哈佛结构(modified Harvard architecture) 2. 多总线结构 许多DSP芯片内部都采用多总线结构，这样保证在一个机器周期内可以多次访问程序空间和数据空间。 例如:TMS320C54x内部有P、C、D、E等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。因此，对DSP来说，内部总线是十分重要的资源，总线越多,可以完成的功能就越复杂。 3. 流水线技术(pipeline) 计算机在执行一条指令时，总要经过取指、译码、取数、执行运算等步骤，需要若干个指令周期才能完成。流水线技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行，而不是一条指令执行完成之后，才开始执行下一条指令。 即:第一条指令取指后，在译码时，第二条指令就取指；第一条指令取数时，第二条指令译码，而第三条指令就开始