教材哈爾濱工業(yè)大學(xué)十一五規(guī)劃教材《tms320lf240x系

1、教材哈爾濱工業(yè)大學(xué)“十一五”規(guī)劃教材《TMS320LF240x系列 DSP原理、開發(fā)與應(yīng)用》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2006年8月 張毅剛 趙光權(quán) 孫寧 俞洋 編著,參考書(見教材參考文獻(xiàn))(1) TMS320LF240xDSP硬件開發(fā)教程,江思敏,機(jī)械工業(yè)出版社。(2) TMS320LF240xDSP應(yīng)用程序設(shè)計(jì)教程,清源科技,機(jī)械工業(yè)出版社。(3) TMS320LF240x

2、DSP結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用,劉和平,北京 航空航天大學(xué)出版社.(4) TMS320LF/LC24系列DSP的CPU與外設(shè),徐科軍等編譯,清華大學(xué)出版社。,學(xué)時：28 （實(shí)驗(yàn)）考核,第1章 數(shù)字信號處理器(DSP)綜述1.1 什么是DSP DSP-Digital Signal Processor(數(shù)字信號處理器 ) 特別適合于實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器。過去受集成電路技術(shù)和數(shù)字化器件發(fā)展水平限制，只限于

3、理論概念的講授和仿真。早期－在計(jì)算機(jī)上仿真，算法實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在－在DSP上實(shí)時處理DSP也可是Digital Signal Processnig（數(shù)字信號處理）的縮寫，國內(nèi)常用DSP代表數(shù)字信號處理器。,由于DSP具有：（1）豐富的硬件資源（2）改進(jìn)的并行結(jié)構(gòu)、（3）高速的數(shù)據(jù)處理能力和功能強(qiáng)大的指令系統(tǒng)，已成為世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中緊隨微處理器與微控制器（單片機(jī)）之后的又一個熱點(diǎn)在通信、航空、航天、機(jī)器人、工業(yè)自動化、自動控制、

4、網(wǎng)絡(luò)及家電 廣泛的應(yīng)用。1.2 DSP技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 1965年，快速傅立葉算法（FFT），使傅立葉分析的速度提高了數(shù)百倍，為數(shù)字信號處理的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。,但由于當(dāng)時的計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)發(fā)展水平的限制，F(xiàn)FT應(yīng)用受到限制。20世紀(jì)70年代，由于集成電路技術(shù)的發(fā)展，使用硬件實(shí)現(xiàn)FFT和數(shù)字濾波的算法成為可能。1978年，AMI公司宣布第一個DSP問世，但人們一般認(rèn)為，20世紀(jì)70年代后期推出的Intel 2920才是第

5、一片具有獨(dú)立結(jié)構(gòu)的DSP。 1981年，美國德州儀器（TI）公司研制出了著名的TMS320系列的首片低成本、高性能的DSP－TMS320C10。使DSP技術(shù)向前跨出了意義重大的一步。,90年代后，由于超大規(guī)模集成電路、微處理器技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理無論在理論上還是在工程應(yīng)用中，都是發(fā)展最快的學(xué)科之一，且日趨完善和成熟。特別是90年代中期，由于Internet網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展和高清晰度數(shù)字電視的研究以及各種網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體技術(shù)的普及和

6、應(yīng)用，極大地刺激了數(shù)字信號處理理論、DSP技術(shù)在工程上的實(shí)現(xiàn)和推廣應(yīng)用。DSP的性能指標(biāo)不斷提高，價格不斷下降，獲得廣泛應(yīng)用，已成為新興科技：通信、多媒體系統(tǒng)、消費(fèi)電子、醫(yī)用電子等飛速發(fā)展的主要推動力。,DSP的發(fā)展經(jīng)歷了三個主要階段，目前已發(fā)展到第四 代、第五代產(chǎn)品。DSP主要廠商：美國TI、 ADI、 Motorola、Zilog等公司。TI公司位居榜首，占全球DSP市場約60％左右。 盡管當(dāng)前的DSP技術(shù)已達(dá)到較高

7、的水平，但在一些實(shí)時性要求很高的場合，單片DSP的處理能力還是不能滿足要求。因此，多總線、多流水線和多處理器并行就成為提高系統(tǒng)性能的重要途徑之一。 許多公司在提高單片性能的同時，在結(jié)構(gòu)上為多處理器的并行應(yīng)用提供方便。,例如，TI公司的某型號DSP，設(shè)置了6個8bit的通信口，既可作級聯(lián)，也可作并行連接。每個口都有DMA能力。AD公司的SHARC系列DSP為滿足多片互聯(lián)的需要，專門設(shè)置有LINK鏈路口，可無縫連接多達(dá)6片DSP，組成

8、一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，這些都是專門為多處理器應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。提高性能的另一種方法就是把DSP內(nèi)核集成在一個芯片內(nèi)。如TI公司1995年推出的TMS320C80（又稱多媒體視頻處理器）內(nèi)有5個強(qiáng)有力、完全可編程的DSP處理器,隨著DSP的處理速度越來越快，功耗也隨越大，特別是在電池供電的便攜式及嵌入式小型或微型設(shè)備中的大量使用，都迫切要求DSP在提高工作性能的同時，降低工作電壓，減少功耗。為此，各DSP廠家積極研制并陸續(xù)推出多種低電壓、低

9、功耗芯片。例如，TI公司的TMS320VC5416，內(nèi)核工作電壓只有1.5V，有的DSP設(shè)置了多種節(jié)能等待狀態(tài)。總之，低電壓和低功耗已成為DSP的重要技術(shù)指標(biāo)之一。,系統(tǒng)芯片集成－SOC（System on Chip) 技術(shù)，是下一代DSP產(chǎn)品的主要發(fā)展方向之一。芯片技術(shù)能降低電子產(chǎn)品成本和體積，當(dāng)代電子學(xué)革命之父、2000年諾貝爾物理獎獲得者、美國TI公司杰克-基爾比也沒有想到，他在1959年發(fā)明的芯片技術(shù)， 會將電子產(chǎn)品的成

10、本降低到了百萬分之一的地步，體積縮小到令人難以置信的程度。例如，具有電視質(zhì)量的無線電會議、家庭娛樂設(shè)施、電子游戲等。,最近，可將8個DSP核（每個核有1億個晶體管）集成到拇指大的一塊芯片上。2010年，可將12個DSP核（每個核有5億個晶體管）集成到一塊芯片，即筆記本電腦集成到手表大小。在DSP芯片向著高性能、高速、低功耗方向發(fā)展的同時，數(shù)字信號處理理論也在不斷地發(fā)展。(1)自適應(yīng)濾波、卡爾曼濾波、同態(tài)濾波等理論逐步成熟和應(yīng)用，

11、以及各種快速算法。(2) 聲音與圖像的壓縮編碼、識別與鑒別。,(3)加密解密，調(diào)制解調(diào)，信道辨別與均衡，智能天線，頻譜分析等算法。都成為研究的熱點(diǎn)，并有長足的進(jìn)步，為各種實(shí)時處理的應(yīng)用，提供了算法基礎(chǔ)。今天，隨著（1）全球信息化和Internet網(wǎng)的普及（2）多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尖端技術(shù)向民用領(lǐng)域迅速的轉(zhuǎn)移。（3）數(shù)字技術(shù)大范圍進(jìn)入消費(fèi)類電子產(chǎn)品等。,使DSP不斷更新?lián)Q代，價格大幅度下降，各種開發(fā)工具日臻完善，DSP已成為

12、最有發(fā)展和應(yīng)用前景的電子器件之一。據(jù)國際著名市場調(diào)查研究公司Forward Concepts 發(fā)布的一份統(tǒng)計(jì)和預(yù)測報告顯示，目前世界DSP產(chǎn)品市場每年正以30％的增幅大幅度增長，其增長速度比半導(dǎo)體工業(yè)快50倍。,1.3 DSP的應(yīng)用 自從20世紀(jì)70年代末誕生以來，已被廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域。當(dāng)今的DSP應(yīng)用市場上，通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)、多媒體技術(shù)等是最大的用戶。從DSP的一個最典型的應(yīng)用－手機(jī)，就可見DSP的應(yīng)用市場之大。主要應(yīng)用：

13、（1）數(shù)字信號處理運(yùn)算：快速傅立葉變換（FFT），卷積，數(shù)字濾波，自適應(yīng)濾波，相關(guān)，模式匹配，加密等。（2）通信：調(diào)制解調(diào)器，自適應(yīng)均衡，數(shù)據(jù)加密，數(shù)據(jù)壓縮，擴(kuò)頻通信，糾錯編碼，傳真，可視電話等。,（3）網(wǎng)絡(luò)控制及傳輸設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)功能和性能的不斷提高，如視頻信箱、交互式電視等，要求更寬、更靈活的傳輸帶寬，實(shí)時傳輸和處理數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)控制器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和網(wǎng)關(guān)都需要DSP的支持。（4）語音處理：語音編碼，語音合成，語音識別，語音郵件，語音存

14、儲等。（5）電機(jī)和機(jī)器人控制：在單片內(nèi)集成多個DSP處理器，可采用先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯控制等人工智能算法。機(jī)器人智能的視覺、聽覺和四肢的靈活運(yùn)動必須有DSP技術(shù)支持。,（6）激光打印機(jī)、掃描儀和復(fù)印機(jī)：DSP不僅僅是控制，還有繁重的數(shù)字信號處理任務(wù)，如字符識別、圖像增強(qiáng)、色彩調(diào)整等。（7）自動測試診斷設(shè)備及智能儀器儀表、虛擬儀器：現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)備中，有近60％的設(shè)備及資金是用于測試設(shè)備，自動測試設(shè)備集高速數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、實(shí)

15、時處理于一體，是DSP又一廣闊應(yīng)用領(lǐng)域。（8）圖像處理：二維、三維圖形處理，圖像壓縮、傳輸與增強(qiáng)，動畫，機(jī)器人視覺，模式識別等。（9）軍事：保密通信，雷達(dá)處理，導(dǎo)航，導(dǎo)彈制導(dǎo)。,如機(jī)載空-空導(dǎo)彈，內(nèi)裝有紅外探測儀和相應(yīng)的DSP處理部分，完成目標(biāo)的自動鎖定與跟蹤，戰(zhàn)斗機(jī)上的目視瞄準(zhǔn)器和步兵頭盔式微光儀，需要DSP完成圖像濾波與增強(qiáng)，智能化目標(biāo)的搜索、捕獲。（10）自動控制：機(jī)器人控制，磁盤控制，自動駕駛，聲控，發(fā)動機(jī)控制等。（11

16、）醫(yī)療儀器：助聽，診斷工具，超聲儀，CT，核磁共振。（12）家用電器：數(shù)字電話，數(shù)字電視，音樂合成，音調(diào)控制，玩具與游戲，高保真音響，數(shù)字收音機(jī)、數(shù)字電視等。,（13）汽車： 防滑剎車，引擎控制，伺服控制，振動分析，安全氣囊的控制器，視像地圖等。一輛現(xiàn)代的高級轎車上，有30多處電子控制設(shè)備上用到了DSP技術(shù)。（14）多媒體個人數(shù)字化產(chǎn)品：數(shù)碼相機(jī)，MP3，掌上電腦，電子辭典，數(shù)碼錄音筆，數(shù)碼復(fù)讀機(jī)等。1.4 DSP與單片機(jī)、嵌入

17、式微處理器的區(qū)別DSP 、單片機(jī)以及嵌入式微處理器都是嵌入式家族的一員。最大區(qū)別是DSP能夠高速、實(shí)時地進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算。數(shù)字信號處理運(yùn)算的特點(diǎn)是乘/加及反復(fù)相乘,求和（乘積累加）。為了能快速地進(jìn)行數(shù)字信號處理的運(yùn)算，（1）DSP設(shè)置了硬件乘法/累加器，（2）能在單個指令周期內(nèi)完成乘/加運(yùn)算。（3）為滿足FFT、卷積等數(shù)字信號處理的特殊要求，目前DSP大多在指令系統(tǒng)中設(shè)置了“循環(huán)尋址”及“位倒序”尋址指令和其他特殊指令，

18、使得尋址、排序的速度大大提高。DSP完成1024復(fù)點(diǎn)FFT的運(yùn)算，所需時間僅為微秒量級。,高速數(shù)據(jù)的傳輸能力是DSP高速實(shí)時處理的關(guān)鍵之一。新型的DSP設(shè)置了單獨(dú)的DMA總線及其控制器，在不影響或基本不影響DSP處理速度的情況下，作并行的數(shù)據(jù)傳送，傳送速率可達(dá)每秒百兆字節(jié)。DSP內(nèi)部有流水線，它在指令并行、功能單元并行、多總線、時鐘頻率提高等方面不斷創(chuàng)新和改進(jìn)。因此， DSP與單片機(jī)、嵌入式微處理器相比，在內(nèi)部功能單元并行、多DSP核

19、并行、速度快、功耗小、完成各種DSP算法方面尤為突出。,單片機(jī)也稱微控制器或嵌入式控制器，它是為中、低成本控制領(lǐng)域而設(shè)計(jì)和開發(fā)的。單片機(jī)的位控能力強(qiáng)，I/O接口種類繁多，片內(nèi)外設(shè)和控制功能豐富、價格低、使用方便，但與DSP相比，處理速度較慢。DSP具有的高速并行結(jié)構(gòu)及指令、多總線，單片機(jī)卻沒有。DSP處理的算法的復(fù)雜度和大的數(shù)據(jù)處理流量更是單片機(jī)不可企及的。嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU（微處理器）。是嵌入式系統(tǒng)的核心。為

20、滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn),微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、質(zhì)量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差。在應(yīng)用設(shè)計(jì)中，嵌入式微處理器及其存儲器、總線、外設(shè)等安裝在專門設(shè)計(jì)的一塊電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功

21、能，可大幅度減小系統(tǒng)的體積和功耗。目前，較流行的是基于ARM7、ARM9系列內(nèi)核的嵌入式微處理器。,嵌入式微處理器與DSP的一個很大區(qū)別，就是嵌入式處理器的地址線要比DSP的數(shù)目多，所能擴(kuò)展的存儲器空間要比DSP的存儲器空間大的多，所以可配置實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)。RTOS是針對不同處理器優(yōu)化設(shè)計(jì)的高效率、可靠性和可信性很高的實(shí)時多任務(wù)內(nèi)核，它將CPU時間、中斷、I/O、定時器等資源都包裝起來，留給用戶一個標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口（

22、API），并根據(jù)各個任務(wù)的優(yōu)先級，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU時間。RTOS是嵌入式應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)和開發(fā)平臺。常用的RTOS：Linux（為幾百KB）和VxWorks（幾MB）。,由于嵌入式實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng)具有的高度靈活性，可很容易地對它進(jìn)行定制或作適當(dāng)開發(fā)，來滿足實(shí)際應(yīng)用需要。例如，移動計(jì)算平臺、 信息家電（機(jī)頂盒、數(shù)字電視）、媒體手機(jī)、工業(yè)控制和商業(yè)領(lǐng)域（例如，智能工控設(shè)備、ATM機(jī)等）、電子商務(wù)平臺，甚至軍事應(yīng)用，吸引力巨

23、大。所以，目前嵌入式微處理器的應(yīng)用是繼單片機(jī)、DSP之后的又一大應(yīng)用熱門。但是，由于嵌入式微處理器通常不能高效地完成許多基本的數(shù)字處理運(yùn)算，例如，乘法累加、矢量旋轉(zhuǎn)、三角函數(shù)等。它的,體系結(jié)構(gòu)對特殊類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只能提供通用的尋址操作，而DSP則有專門的簡捷尋址機(jī)構(gòu)和輔助硬件來快速完成。所以嵌入式微處理器不適合高速、實(shí)時的數(shù)字信號處理運(yùn)算。而更適合 “嵌入”到系統(tǒng)中，完成高速的“通用”計(jì)算與復(fù)雜的控制用途。DSP、單片機(jī)以及嵌入式微

24、處理器三者各有所長，技術(shù)的發(fā)展使得DSP、單片機(jī)、嵌入式微處理器相互借鑒對方的優(yōu)點(diǎn)，互相取長補(bǔ)短?，F(xiàn)在，部分單片機(jī)內(nèi)部都有硬件乘法器，單片機(jī)內(nèi)部,也有了DSP內(nèi)部才有的流水線作業(yè)（但規(guī)模小些）借鑒PC機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，DSP內(nèi)部也有了一定規(guī)模的高速緩存。吸收Intel的嵌入式系統(tǒng)芯片和系統(tǒng)軟件的優(yōu)點(diǎn)。有的DSP內(nèi)部集成了高速運(yùn)行的DSP內(nèi)核及控制功能豐富的嵌入式處理器內(nèi)核。例如，內(nèi)部集成有TI公司的C54xCPU內(nèi)核和ARM公司的ARM

25、7TDMIE內(nèi)核的DSP，既具有高速的數(shù)據(jù)處理能力，又有各種類型的外設(shè)接口和位控能力，大大拓寬了DSP在控制領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。,DSP在注重高速的同時，也在發(fā)展低價位控制芯片。美國Cygnal公司的C8051F020 8位單片機(jī)，內(nèi)部采用流水線結(jié)構(gòu)，大部分指令的完成時間為1或2個時鐘周期，峰值處理能力為25MIPS。片上集成有8通道A/D、2路D/A、兩路電壓比較器，內(nèi)置溫度傳感器、定時器、可編程數(shù)字交叉開關(guān)和64個通用I/O口、電源監(jiān)

26、測、看門狗、多種類型的串行總線（兩個UART、SPI）等。,1.5 DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征DSP是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，為了達(dá)到快速進(jìn)行數(shù)字信號處理的目的，DSP的總線結(jié)構(gòu)大都采用了程序和數(shù)據(jù)分開的形式，并具有流水線操作的功能，單周期完成乘法的硬件乘法器以及一套適合數(shù)字信號處理運(yùn)算的指令集。DSP的基本結(jié)構(gòu)及主要特征如下。1．程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)就是將程序和數(shù)據(jù)存儲在兩個不同的存儲空間中。,程序存儲器空間和數(shù)據(jù)

27、存儲器空間分別獨(dú)立編址。傳統(tǒng)的馮.諾依曼結(jié)構(gòu)是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器共用一個公共的存儲空間和單一的地址和數(shù)據(jù)總線，依靠指令計(jì)數(shù)器中提供的地址來區(qū)分是指令、數(shù)據(jù)還是地址。取指令和取數(shù)據(jù)都訪問同一存儲器空間，數(shù)據(jù)的吞吐率低。在哈佛結(jié)構(gòu)中，由于程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，即每個存儲器空間獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問，并具有獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，取指令和執(zhí)行指令能,完全重疊進(jìn)行?，F(xiàn)在的DSP普遍采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)如下：（1）允許

28、數(shù)據(jù)存放在程序存儲器中，并被算術(shù)指令運(yùn)算指令直接使用，增強(qiáng)了靈活性。（2）指令存儲在高速緩沖器(Cache)中，當(dāng)執(zhí)行本指令時，不需要再從存儲器中讀取指令，節(jié)省一個機(jī)器周期的時間。,2．流水線操作由于DSP芯片采用多組總線結(jié)構(gòu)，允許CPU同時進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的訪問。因此，可執(zhí)行流水線操作。執(zhí)行一條指令，要經(jīng)過取指、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行運(yùn)算，需要若干個指令周期才能完成。流水線技術(shù)是將各個步驟重疊起來進(jìn)行。即第一條指令取指、譯碼時，第二條指

29、令取指；第一條指令取數(shù)時，第二條指令譯碼，第三條指令取指，依次類推。例如，LF240x就可以實(shí)現(xiàn)4級流水線操作（圖1.1）。,3. 專門的硬件乘法器和乘加指令MAC在數(shù)字信號處理的算法中，大量的運(yùn)算是乘法和累加，乘法和累加要占用絕大部分的處理時間。例如，數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)、向量和矩陣運(yùn)算中，有大量的乘法和累加運(yùn)算。個人計(jì)算機(jī)：計(jì)算乘法需要多個周期用軟件實(shí)現(xiàn)，DSP：設(shè)置了硬件乘法器以及乘加指令MAC，在單周期內(nèi)取兩個操作數(shù)一

30、次完成乘加運(yùn)算。,4. 特殊的指令指令系統(tǒng)中，專為實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的算法設(shè)置了專門的特殊指令。例如:DMOV指令，把指令的數(shù)據(jù)復(fù)制到該地址加1的地址中，原單元的內(nèi)容不變，即數(shù)據(jù)移位，相當(dāng)于數(shù)字信號處理中的延遲，例如x(n)的延遲為x(n-1)。另一特殊指令LTD，在一個指令周期可完成LT、DMOV和APAC三條指令的內(nèi)容。此外，指令系統(tǒng)中設(shè)置了“循環(huán)尋址”及“位倒序?qū)ぶ贰敝噶詈推渌厥庵噶?，使得尋址、排序的速度大大提高，從而能?/p>

31、便、快速地實(shí)現(xiàn)FFT算法。,5.豐富的片內(nèi)存儲器件和靈活的尋址方式片內(nèi)集成Flash和雙口RAM，通過片內(nèi)總線訪問這些存儲空間，因此不存在總線競爭和速度匹配問題，從而大大提高了數(shù)據(jù)的讀/寫速度。6. 獨(dú)立的直接存儲器訪問(DMA)總線及其控制器 DSP為DMA單獨(dú)設(shè)置了完全獨(dú)立的總線和控制器 7. 高速的指令運(yùn)行周期采用上述措施，DSP指令周期可為幾十ns至幾ns，甚至1ns以下。,1.6 DSP的分類及主要技術(shù)指標(biāo)

32、1.6.1 DSP的分類DSP一般按以下三種方式分類。1.按數(shù)據(jù)格式分可分為定點(diǎn)芯片和浮點(diǎn)芯片兩種。定點(diǎn)DSP芯片按照定點(diǎn)的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行工作，其數(shù)據(jù)長度通常為16位、24位、32位。定點(diǎn)DSP的特點(diǎn)：體積小、成本低、功耗小、對存儲器的要求不高；但數(shù)值表示范圍較窄，必須使用定點(diǎn)定標(biāo)的方法，并要防止結(jié)果的溢出。,浮點(diǎn)DSP芯片按照浮點(diǎn)的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行工作，其數(shù)據(jù)長度通常為32位、40位。由于浮點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)表示動態(tài)范圍寬，運(yùn)算中不必顧

33、及小數(shù)點(diǎn)的位置，因此開發(fā)較容易。但它的硬件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、功耗較大，且比定點(diǎn)DSP芯片的價格高。通常，浮點(diǎn)DSP芯片使用在對數(shù)據(jù)動態(tài)范圍和精度要求較高的系統(tǒng)中。不同的DSP的浮點(diǎn)格式不一定完全一樣，如IEEE的標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式（如摩托羅拉的MC96002）、自定義的浮點(diǎn)格式（如TI公司的TMS320C3X）。,2. 按照用途分類DSP按照用途分類可分為：通用型和專用型。 通用型：適用于普通的數(shù)字信號處理應(yīng)用。 專用型：適用于不同的

34、數(shù)字信號處理運(yùn)算或特定的應(yīng)用場合。例如，數(shù)字卷積、數(shù)字濾波、FFT等。1.6.2 DSP的主要技術(shù)指標(biāo)種類繁多，結(jié)構(gòu)差別大，不同廠商的產(chǎn)品指標(biāo)甚至不具備可比性，因此，下述技術(shù)指標(biāo)只是從不同角度描述了DSP的處理能力或技術(shù)性能，僅作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)時的一種參考。,1.時鐘頻率要考慮兩個方面：一是DSP內(nèi)部工作主頻，真正的工作頻率。一般是內(nèi)部主頻越高，DSP的數(shù)據(jù)處理速度越快。另一個是DSP的外部時鐘頻率，這是DSP片外所加的實(shí)際

35、時鐘頻率，這個時鐘頻率一般要經(jīng)過DSP內(nèi)部的鎖相環(huán)倍頻至DSP的內(nèi)部工作主頻。外部時鐘頻率低有利于減少外部電路間的干擾，使PCB布線容易。所以一般是外部時鐘頻率低（減少干擾），內(nèi)部時鐘頻率高（提高處理速度）。,2.機(jī)器周期執(zhí)行一條指令所需要的時間。DSP的大部分指令是單周期指令，即執(zhí)行時間為一個機(jī)器周期。它也從一個方面反映了DSP的數(shù)據(jù)處理速度。3.MIPS 目前，最通常使用的是MIPS（Millions of Instructi

36、on Per Second），即每秒執(zhí)行的百萬條指令。它綜合了時鐘頻率、DSP并行度、機(jī)器周期等描述DSP處理速度的指標(biāo)?？蓮腗IPS來計(jì)算機(jī)器周期：,例如，TMS320LF2407A的MIPS為40MIPS，其機(jī)器周期為25ns。4.MOPSMillions of Operation Per Second－每秒執(zhí)行的百萬條操作。但是操作次數(shù)并不等于指令條數(shù)。一般完成一條指令需要若干次操作。但是不同的DSP對于操作的定義不同，不同

37、指令所需要完成的操作次數(shù)也不相同。所以MOPS指標(biāo)只是相對于同一種DSP系列使用才有意義。,5.MFLOPSMillions of Float Operation Per Second－每秒執(zhí)行的百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算，是衡量浮點(diǎn)DSP浮點(diǎn)運(yùn)算能力的又一個指標(biāo)。是指浮點(diǎn)DSP內(nèi)部浮點(diǎn)處理單元每秒鐘執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算的次數(shù)。6.MACSMACS是指DSP在1秒內(nèi)完成乘－累加運(yùn)算的次數(shù)。因?yàn)槌?累加運(yùn)算是數(shù)字信號處理算法中的基本運(yùn)算。但是DSP的

38、應(yīng)用涉及到許多乘/累加運(yùn)算以外的運(yùn)算，MACS并不是全面評價DSP性能的指標(biāo)。,上述的有關(guān)衡量DSP運(yùn)算速度的指標(biāo)，均以程序、數(shù)據(jù)都在DSP內(nèi)部，DSP全速運(yùn)行的結(jié)果。實(shí)際上，當(dāng)程序、數(shù)據(jù)有一部分在DSP片外時，尤其是存儲器的速度跟不上DSP速度要求時，DSP處理速度就不得不降下來。1.7 如何選擇DSP并不存在最好的DSP，正確的DSP選擇取決于具體的應(yīng)用場合。沒有任何DSP能夠滿足所有的，或者大多數(shù)應(yīng)用的需要。對于一種應(yīng)用來說

39、是好的選擇，對另外的應(yīng)用則可能是很差的選擇。,DSP第一類應(yīng)用：采用專門的復(fù)雜算法來處理大量數(shù)據(jù)。以聲納和地震探礦為例，算法非常復(fù)雜，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作量很大，也更復(fù)雜。因此設(shè)計(jì)者希望使用性能最高的、最容易使用的、能支持多處理器配置的方案。DSP第二類應(yīng)用：大量便宜的嵌入式系統(tǒng)，如手機(jī)、硬盤和光盤驅(qū)動器（用于伺服控制）和便攜式播放器。在這些應(yīng)用中，成本和集成是極為重要的。對便攜式的以電池供電的產(chǎn)品，功耗也極為重要。,1. 如何選擇數(shù)據(jù)格式

40、數(shù)據(jù)處理運(yùn)算的格式分為定點(diǎn)格式和浮點(diǎn)格式。大多數(shù)DSP使用定點(diǎn)運(yùn)算。有的DSP使用浮點(diǎn)運(yùn)算。浮點(diǎn)運(yùn)算的靈活性和數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍都比較大，比較容易編程。因?yàn)楦↑c(diǎn)DSP電路更復(fù)雜，芯片也更大，所以成本和功耗也就比較大。但在很多情況下，不需要關(guān)注數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍和精度?？煽紤]使用定點(diǎn)DSP。大多數(shù)批量生產(chǎn)的產(chǎn)品使用定點(diǎn)DSP，主要考慮其成本和功耗低。,程序員和算法設(shè)計(jì)者根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，通過分析和仿真來確定數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍和精度，然后在需

41、要的時候，在代碼中增加定標(biāo)運(yùn)算。對于需要很高動態(tài)范圍和精度的應(yīng)用，或在開發(fā)的容易程度比成本更重要的情況下，浮點(diǎn)DSP就有其優(yōu)勢。2. 數(shù)據(jù)寬度所有浮點(diǎn)DSP為32位，大多數(shù)定點(diǎn)DSP是16位，但有的也使用20、24、32位數(shù)據(jù)字。數(shù)據(jù)字的長短是影響成本的重要因素，因?yàn)樗鼧O大地影響芯片的大小、引腳數(shù)以及DSP的片外存儲器的大小。,3. 速度有多種方法來衡量DSP的速度，最基本的是指令周期，即用MIPS——每秒執(zhí)行多少百萬條指令。

42、但問題是：不同的DSP在單個周期所完成的工作是大不相同。使用MOPS（每秒百萬次運(yùn)算）和MFLOPS （每秒百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算），要十分小心。因?yàn)椴煌瑥S商的關(guān)于“操作或運(yùn)算”的概念是不同的。其次，要注意的是，DSP的輸入時鐘可能和DSP的指令速率一致，也可能內(nèi)部時鐘加倍。許多DSP是用低頻時鐘來產(chǎn)生片上所需要的高頻時鐘。,4. 存儲器的安排應(yīng)關(guān)注雙訪問存儲器（DARAM）的單元多少、哈佛結(jié)構(gòu)、高速緩存、存儲空間的大小。5. 開發(fā)的

43、難易程度為減少產(chǎn)品成本，可使用比較便宜的開發(fā)工具。使用何種語言編程，C語言、匯編語言等。使用C編寫用的較多，對實(shí)時性要求高的程序，仍用匯編語言編寫。也有C語言和匯編語言混合編程的。消費(fèi)類產(chǎn)品，由于成本限制，不一定要使用高性能的DSP。,6. 支持多處理器雷達(dá)是高數(shù)據(jù)率和大運(yùn)算量的應(yīng)用系統(tǒng)，往往需要多個DSP，在這種情況下，DSP間是否容易連接、連接的性能，都成為重要的因素。近年推出的DSP大都非常注意增加專門的接口或DMA通道，

44、來支持多DSP的運(yùn)行。7. 功耗和電源管理越來越多的DSP用于電池供電的便攜式應(yīng)用（如手機(jī)、便攜式播放器等），希望功耗越小越好的同時，又要求有很高的處理速度。但DSP的功耗與速度是成正比的，速度越高，相應(yīng)的功耗越大，,而相同工作電壓的低速DSP，其功耗自然較小。所以單純用功耗來反映DSP的耗能指標(biāo)是不全面的。每秒百萬條指令功耗是綜合了DSP速度和功率的較為全面的耗能指標(biāo)。目前，許多DSP廠商都降低了DSP的供電電壓，加強(qiáng)了電源管理功