1、DSP课程设计,北京交通大学 电工电子教学基地,信号与系统,教材：高海林 钱满义 DSP技术及其应用 2009.7 陈后金等 信号分析与处理实验 高等教育出版社2006主讲教师：钱满义 联系方法： 实验室：51688097 南413 手机：13811920596,DSP课程设计学习目的与任务：,信号处理课程体系：“信号与系统”、“数字信号处理”以及“DSP应用技术 ”等。前两门课侧重信号分析基本理论、算法 和软件仿真。DSP侧重硬件实现和实时处理，侧重 信号处理的系统开发应用。,1.了解DSP技术的现状与发展 2.DSP技术开发入门 如何获取DSP资料 学会使用CCS软件 利用DSK开发板和S
2、imulator开发简单的应用程序,DSP课程设计学习目的与任务：,如何获取文本？ 浏览TI公司网站 或 或 在CCS界面浏览help菜单,如何结业？ 独立完成一个工程设计，并上交设计报告 (作为科研经历),第一章 绪论,一、选择DSP的原因 二、数字信号处理技术的发展概况 三、I公司DSP产品概述 四、DSP开发工具,一、选择DSP的原因,广义的理解，称为数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)，包含大量算法。通常此类的处理过程需要大量的数学运算。,2. 狭义的理解，称为数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP 或DSPs)
3、。 针对数字信号处理发展出的快速、高效的数字信号处理器。,What is DSP,数字信号处理的实现,1.在通用PC上利用软件处理,如C语言信号处理程序、Matlab的数字信号处理的仿真。 缺点：速度慢、实时性差； 不能脱机工作。 应用：不需要实时性的系统；教学和仿真研究。,数字信号处理的实现,2.单片机实现,单片机的接口性能优越，易于人机对话。缺点：冯诺依曼结构，速度慢(尤其是乘法慢)、实时性差；应用：计算简单的工业现场。,数字信号处理的实现(续),3.利用通用可编程DSP芯片来实现(本课程),改进的哈佛结构；内部有硬件乘法器；流水线操作等。 优点：速度快、实时性好； 应用：广泛应用于军事、
4、民用电子等几乎所有电子领域。,数字信号处理的实现(续),4.利用专用DSP芯片来实现,如日本SHARP公司的LH9124、美国TKW公司TMC2350 条件： 需要有主控制器对其进行控制，专用DSP专门负责计算。 应用于要求速度更快的系统中。,数字信号处理的实现(续),5.利用FPGA等可编程逻辑阵列,软件：VHDL语言 优点：可重新配置能力，多次实验，快速进入市场；速度快(专门硬件逻辑)。 缺点：FPGA价格昂贵，功耗大。,6.片上系统(SoC)System on Chip：DSP器件直接面向特定应用对象的SoC。如DSP+ARM的双核SoC器件。 以TI公司为例： OMAP1510：面向第
5、3代无线通信终端 DM270：面向数码相机； DA610：面向专业音频设备； DM642：面向媒体处理。,数字信号处理的实现(续),选用DSP还是通用CPU ?,当有如下要求时，选用DSP： 降低成本 缩小系统体积 低功耗 需对很多“高”频率的信号进行实时处理 但是如您有如下要求，请考虑用一个通用的处理器 （如奔腾CPU ）： 庞大的存储系统 先进复杂的操作系统,数字信号处理领域组成图,数字信号处理常用算法分析,分析数字信号处理算法，以下几类运算约占所有处理算法的75：卷积运算：相关运算：变换运算：级数运算：,因此，DSP芯片的核心是算法的实现,数字信号处理的算法特点和DSP的基本对策,1.哈
6、佛结构： 程序空间和数据空间分离； 允许同时取指令和取操作数； 允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据； 2.多总线结构：DSP内部采用多总线结构，可以保证在一个机器周期内多次访问程序和数据空间。例如54x内部有P、C、D、E 等4对8条总线，大大提高了DSP的运行速度。 3.流水线结构：DSP执行一条指令，需要通过取指、译码、取操作数和执行等6个阶段。在DSP中，采用流水线结构，在程序运行中这6个阶段是重叠的。如图所示,DSP的基本特点,流水线结构,非流水线结构 指令流的定时关系,流水线结构 指令流的定时关系,4.多处理单元：DSP内部一般都包括有多个处理单元，ALU、ARAU、ACC、M
7、UL等，它们可以在一个周期内同时进行运算。DSP的这种多处理单元结构，特别适用于FIR和IIR滤波器，此外，许多DSP的多处理单元结构还可以将一些特殊的算法，比如FFT的位码倒置寻址和取模运算等，在芯片内部用硬件实现以提高运行速度。 5.特殊的DSP指令： MACD、FIRS等,DSP的基本特点,6.指令周期短 以TMS320C54x为例，其运算速度可达到100150MIPS。 以TMS320C62x为例，当时钟为150MHz,运算速度可达到1200MIPS。 以TMS320DM642为例，当时钟为600MHz,运算速度可达到4800MIPS。7. 运算精度高字长为16位、32位、40位8.
8、外围接口配置强片内具有串行口、主机接口、DMA控制器、软件控制的等待 状态产生器、锁相环时钟产生器、JTAG口、IDLE模式。,DSP的基本特点,1978年：TI推出TMC0280“Speak&Spell”DSP合成器 1979年：Intel推出2920“模拟信号处理器” 1980年：NEC推出Upd7720 1980年：AT&T贝尔实验室DSP-1(信息采集) 1982年：TI推出TMS32010芯片(第一片商业DSP),DSP芯片的发展历程,二、数字信号处理技术的发展概况,全球有四大DSP供应商,exas Instruments(TMS320系列等) Analog Device(ADSP2
9、100系列和SHARC系列等) MOTOROLA(DSP56xxx系列和DSP96xxx系列等) LUCENT(DSP16xxx系列等),三、I公司DSP产品概述,TI公司主推的三大DSP平台,C2000系列DSP应用领域,TV screen Deflection of electron beam for small angle and sharp corner TV screen,Automotive - EPS Battery operated precision for steering,Digital Power Supply Provides control, sensing, PF
10、C, and other functions,Optical Networking Control of laser diode,Printer Print head control Paper path motor control,“Segway”Many new cool Application to come,Tire Pressure Low cost pressure sensing based on tire rotation speed measurement,C2000系列DSP,子系列,C2xx子系列：16位定点DSP、20MIPS 代表器件：TMS320F206PZ C24
11、x子系列：16位定点DSP、20MIPS 代表器件：TMS320F240 LF240x子系列：16位定点DSP、40MIPS 代表器件：TMS320LF2407 F28x子系列：32位定点DSP、150MIPS 代表器件：TMS320F2801、TMS320F2812,C5000系列DSP的应用,C5000系列DSP,子系列,C54x子系列：16位定点DSP、100160MIPS 代表器件：TMS320VC5402、VC5409、VC5410、VC5416 C55x子系列：16位定点DSP、400MIPS 代表器件：TMS320VC5510、VC5509、VC5502 C54xARM7子系列：
12、 代表器件：TMS320VC5470、VC5471、DSC21 C55xARM9子系列：即OMAP平台：Open Multimedia Applications Platform 代表器件：OMAP5910,C6000的优势,全球具有最快处理速度的嵌入式芯片，更能体现DSP的优势所在 相比C2000、C5000具有更高性能，对C/C+类库更好的支持，方便算法的移植与评估 在图像处理、通信编解码、网络传输等方面有专门的接口或协处理器，更易开发 专门为VOIP，IPTV，HDTV，DVS等热门领域提供解决方案,C6000系列DSP的应用,DSP芯片主要应用在以下领域： 信号处理：信号采集，相关运算
13、，卷积运算，频谱分析，数字滤波，自适应滤波。 通信：调制解调器、数据加密，回波对消，传真，扩频通信，可视电话等。 语音处理： 语音编码与合成，语音识别。 图形/图像处理：二维和三维图形处理，图像压缩，图像识别，多媒体，动画。 军事：保密通信，雷达，声纳，导航，全球定位。除了上述领域，DSP还在控制、仪器仪表和消费电子中有着广泛地应用。,DSP应用举例,硬件开发工具 DSP入门套件(DSK，DSP Starter Kit) 标准评估模块(EVM) 扩展开发系统XDS(eXtended Development System)硬件仿真器XDS510或XDS560 软件开发工具 集成开发软件CCS(Code Composer Studio) 软仿真器(Simulator),四、DSP开发工具,SEED 5402 DSK board,
