dps-课件第一章-绪论
绪论,第一章,数字信号处理技术概述 可编程DSP芯片 DSP开发系统 DSP产品简介,本 章 要 点,1.1 数字信号处理技术概述,数字信号处理技术： 21世纪是数字化时代，数字信号处理是核心技术。 数字信号处理技术已成为一门主流技术，在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪器仪表、信息家电等高科技领域得到了广泛应用。,DSP芯片（数字信号处理器）： 专门针对数字信号处理而设计的一种具有特殊结构的微处理器。 数字信号处理两方面的内容： 算法的研究、数字信号处理的实现方法,数字信号处理的实现方法:P2、P3 用通用的可编程DSP芯片实现 DSP的应用： DSP嵌入式系统已在工业控制、影像视频、宽带、无线通信、图像采集等方面得到广泛而有效的应用 主要应用市场为3C(通信、计算机和消费类） 已成为电子产品更新换代的决定因素,DSP技术的应用,每一个角落，从军用到民用，从航空航天到生产生活，都越来越多地使用DSP。 在航空航天方面，主要用于雷达和声纳信号处理； 在通信方面，主要用于移动电话、IP电话(voice over IP)、ADSL和HFC的信号传输；,在控制方面，主要用于电机控制、光驱和硬盘驱动器； 在测试/测量方面，主要用于虚拟仪器、自动测试系统、医疗诊断等； 在电子娱乐方面，主要用于高清晰度电视(HDTV)、机顶盒(STB)、AC-3、家庭影院、DVD等应用；,还有, 数字相机、网络相机等等都应用了DSP技术。 神六、神七的成功发射，测控技术和DSP技术在飞船的整个监测和控制过程中起到了非常重要作用。,1.2 可编程DSP芯片,DSP含义： Digital Signal Processing（数字信号处理）; Digital Signal Processor(数字信号处理器）。 常指DSP为数字信号处理器。 数字信号处理器是一种适合完成数字信号处理运算的处理器。,什么是数字信号处理器（DSP芯片） 概念：P3 快速(比最快的CPU快10-50倍)、实时、重复性,数值运算密集型 20世纪80年代初：第一块单片可编程DSP芯片诞生,DSP也是一种CPU,广义上讲，DSP、微处理器和微控制器（单片机）等都属于处理器，可以说DSP是一种CPU。 DSP和一般CPU的最大区别：CPU是冯.诺伊曼结构；DSP是数据和地址空间分开的哈佛结构。,DSP芯片的发展历程,三个阶段:80年前后（雏形）、90年前后（成熟）、2000年以后（完善） 70年代: 理论先行：MPU DSP理论和算法基础,分立元件,80年前后: 1978年，AMI公司，S2811 1979年，Intel公司， Intel2920 1982年,TI公司, TMS32010 单指令周期：200ns 应用于军事、航空航天、语音合成、编解码器 80年代中期, 80年代后期, 用于通信,计算机领域,90年前后: TI公司： TMS320C20、 30、40、50系列 单指令周期：100ns 如：TMS32020，第二代产品,基于CMOS工艺,存储容量,运算速度成倍提高,用于语音处理,图像硬件处理技术 如：TMS32030，第三代,用于通信,计算机领域,2000年以后 单指令周期：10ns 应用到通信、计算机、消费领域 多处理器结构,1.2.2 DSP芯片的特点,采用哈佛结构 冯.诺依曼结构： 单存储空间 统一的程序和数据空间 共享的程序和数据总线 程序指令只能串行执行,采用冯.诺依曼结构的处理器,采用冯.诺依曼结构的处理器,哈佛结构 双存储空间 程序存储器和数据存储器分开 程序总线和数据总线分开 独立编址、独立访问 改进型哈佛结构 双存储空间、多条总线 多条数据总线 高速缓冲器（重复指令，只需读入一次）,采用哈佛结构的DSP处理器,采用多总线结构 TMS320C54X：4组总线 单机器周期内可完成的操作： 流水线操作 一条指令分成几个子操作 可并行处理多条指令 流水线深度：2-6级 P6,图1.2.3,专用的硬件乘法器 硬件乘法累加器是DSP区别于通用微处理器的一个重要标志 MAC(乘累加)单元 独立的乘法器和加法器 单周期内完成一次乘法和一次加法运算 MPY,MAC,MACA, MACSU等指令,特殊的DSP指令 EXP:累加器值的指数(指数编码器) FIRS:对称有限冲激响应滤波器 LMS:最小均方值 快速的指令周期 单指令周期：,硬件配置强 接口灵活，片内外设，可方便构成嵌入式系统 高速数据传输能力 支持多处理器结构 高速通信接口 巨大运算量、实时性要求极高的场合 TMS320C80：5个微处理器,1.2.3 DSP芯片的分类,按基础特性分类 静态DSP芯片 一致性DSP芯片 按用途分 通用型DSP芯片 专用型DSP芯片,按数据格式分 定点DSP芯片:数据长度16位/24位 TMS320C2000/5000/6000 浮点DSP芯片:数据长度32位/40位 TMS320C3X/4X/VC33/C67X/C8X 浮点格式有所不同 定浮点DSP芯片：C674X,1.2.4 DSP的应用领域,音讯 音视频接收机，数字广播，数字音频，平板显示器，网络音频等 数字控制 数字电源，开关电源，UPS,马达控制，工业控制，打印机/影印机，大型家电等,汽车电子 车身系统/底盘系统,汽车网络信息系统,安全系统,防盗系统 视频和影像 数码相机,数字电视,IP视频电话,监控系统等,无线通讯 蓝牙解决方案,射频产品,无线芯片组,无线基础设施 安全机制 生物识别等,宽带解决方案 DSL,VoIP,网关/线缆解决方案等 电话设备 用户端电话设备 嵌入式MODEM,DSP应用 (家庭影院),DSP应用 (可视电话会议),DSP应用市场回顾与展望,最初：专业数据通信和语音处理，各种专用调制解调器、声码器、数据加密机初步获得市场。 其后：扩展到广泛的民用产品，诸如硬盘驱动器、通用调制解调器、数字答录机、无线通信终端。,九十年代中：在数字GSM手机应用和无线基站应用中都获得了巨大的成功。与此同时，DSP开始全面拓展到新兴应用，并在宽带通信、数字控制、数字音频、数字视频等众多市场上捷报频传。,几乎每年市场销售额比上年增长30%以上，其中通信应用占20%、计算机占30%、消费类占35%，其它占15%。 通信 智能手机 、无线基础设施、无线交换机和基站、宽带网络等 计算机 在嵌入式应用中DSP已发挥重要作用，如作为影像加速器、实时媒体编解码器、嵌入式调制解调器等。,数字消费类产品 音视频编解码器。 基于DSP的数字相机、数字播放器等新产品 在传统家电中，基于DSP的数字变频应用已由空调延伸到冰箱和洗衣机。 数字控制 工业变频器等 DSP微控制项目应用在缝纫机、锈花机、雕刻机、喷绘机，甚至健身器材等新市场。,DSP在无线通信和宽带网络中的应用 DM642通用媒体处理器 数字监控市场独领风骚 将树立起其流媒体核心平台的市场地位，其应用将涵盖会议电视、视频电话、家庭媒体网关、数字电视机顶盒等新产品。,指纹识别类产品 如语音识别、人脸识别、虹膜识别等方面。如C55x系列是指纹识别的理想选择，而其它则为C62x或C64x。 语音识别技术 有希望掀起新的高潮，基于C54x系列、C55x系列、C547x系列等多种平台的成果将产品化。,在医疗仪器方面 基于OMAP的人体生理信息诊断设备。 C6713高速浮点处理器：高端医学影像处理： 专业音响 国内已有厂商采用C6711推出新颖高端音响产品，并已升级到C6713。 TI推出的DA610是一个高集成度的音频处理器，专门针对专业音响。,1.3 DSP系统,典型的DSP应用系统的构成 DSP芯片,外围设备(存储器,电源管理器,数模转换器,语音编解码器等) 一个完整的DSP系统的设计过程 建立DSP开发系统环境的三大要素 开发软件 开发系统 目标板,开发软件(SW) Code Composer Studio (CCS2/2.2,C2000/C5000/C6000/OMAP) 软件编程,软件调试,硬件调试,系统测试和调试),DSP开发系统环境,开发系统(DS) 硬件仿真器 通用性好(与各系列DSP产品兼容) PC USB接口型,PC 并口型,PC 插卡型 目标板(TB) EVM板,1.3.4 DSP芯片的选择,衡量DSP芯片性能的指标 速度指标 时钟频率(300MHz,3.33ns),指令周期(ns),MAC时间,MIPS, MOPS, MFLOPS, FFT执行时间等 DSP芯片的价格,运算精度 定点DSP芯片:16位字长 浮点DSP芯片:32位字长 硬件资源 ALU,乘法运算单元,片内RAM和ROM,指令/数据总线,寻址空间,扩展并行接口,定时器,DMA通道,同步串口(McBSP),并行主机接口,供电电压等.,开发工具、功耗、其他因素 浮点/定点DSP芯片的比较 定点DSP芯片：价格便宜、功耗较低、但运算精度稍低。 浮点DSP芯片：价格稍贵、功耗较大、但运算精度高。,1.4 DSP产品简介,AD公司 AT&T公司 摩托罗拉 NEC公司 TI(龙头老大） 三类：定点、浮点、多处理器 七代产品,TI常用DSP芯片,TI DSP芯片三大系列,进一步细分,OMAP系列 DaVinci系列,TMS320C2000 ：控制领域 工业自动化、汽车电子、电机控制、家用电器、消费电子等 LF240x（16位/定点） F280x、F281x （32位/定点） F282x、F283x （32位/浮点）,C3000：浮点类 浮点DSP 控制，信息处理 C5000：通讯类 C54x和C55x定点DSP 细分：双核DSP+ARM7 DSP+ARM9，早期的OMAP系列 提供性能、外围功能选项、小型封装和最佳电源效率的完美組合 个人/便携式上网及无线通信,OMAP C55X+ARM 集成ARM的命令及控制功能 提供DSP的低功耗实时信号处理,移动上网设备、多媒体家电 如：TI OMAP5910 高性能单芯片双核处理器（TMS320C55x+ARM925T） 应用领域：多媒体个人数字助理(PDA)、智能电话(Smart phone)及第三代手机等,C6000:图像处理、高性能复杂通信系统 C62x和C64x定点DSP、C67x浮点DSP 另外，DaVinci系列（C64x+ARM9双核) 高性能，低成本，低功耗 把C语言执行性能带到新水平 宽带网络和数字影像,OMAP,虽起步较晚，但已作为无线多媒体移动终端的主流芯片 OMAP3530：为数字媒体应用产品，如便携式导航设备、媒体播放器、消费类产品、车载视频系统等； OMAP-L138：为最低功耗工业应用产品，如工业控制、便携式通信设备、网络传输、高速 编码和电力设备等行业。,OMAP3530,内核：ARM Cortex-A8内核 + TMS320C64x+DSP 内核； TMS320C64x+：为达芬奇数字媒体系列，优势在音、视频处理方面，广泛用于数字媒体播放器、数字视频终端设备等。,OMAP-L138,内核：ARM9内核 + C674X DSP内核。 C674X DSP：为C6000最新DSP产品，业内最低功耗定浮点 DSP，高精度和宽动态范围，集成了浮点型C674X+和定点型达芬奇C64X+内核，统一了定点和浮点DSP，也是以后DSP的发展趋势。,DaVinci数字媒体处理器,采用C64xDSP+ARM9+VPSS+VICP VPSS：视频处理子系统 VICP：视频图像协处理器,DaVinci系列主要产品,C64x/C643x DSP + VICP 无ARM，较低成本实现音视频的各种编解码处理，如DM6437 C644x/C646x DSP + ARM9 + VICP 高质高清音视频处理,ARM9 + VICP 无DSP核，低成本处理MPEG4和JPEG等,TI产品介绍,主要产品：23 双核优势，116-126 ARM及OMAP系列：24，27-29，130 DaVinci系列：52-5
