《DSP软硬件开发》PPT课件.ppt

退出 目录 第5章DSP软硬件开发 DSP DigitalSignalsProcessing数字信号处理 方法 技术 DigitalSignalsProcessor数字信号处理器 DSP最典型的应用 手机 可见DSP的应用市场之大 在世界众多的DSP厂商中 德州仪器 TI 的DSP始终占有较大的市场份额 百分之60 全球每10部手机中就有6部采用TI的DSP 每10部手机中就有8部嵌进TI公司的模拟芯片 PC时代的领袖 Intel信息时代的领袖 TI2000年诺贝尔物理奖 TI公司杰克 基尔比DSP与通用计算机 单片机的区别数字信号处理的运算特点 乘 加 及反复相乘求和 乘积累加 DSP的特点 1 DSP与MCU的比较2 DSP特点 几种微处理器Microprocessor 通用处理器 GPP 采用冯 诺依曼结构 程序和数据的存储空间合二而一8086 286 386 486 Pentium PentiumII PentiumIIIPentium PowerPc64 bitCPU SUNSparc DECAlpha HP CISC复杂指令计算机 RISC精简指令计算机采取各种方法提高计算速度 提高时钟频率 高速总线 多级Cashe 协处理器等 SingleChipComputer MicroControllerUnit MCU 除通用CPU所具有的ALU和CU 还有存储器 RAM ROM 寄存器 时钟 计数器 定时器 串 并口 有的还有A D D AINTELMCS 48 51 96 98 MOTOROLAHCS05 011DSP采用哈佛结构 程序和数据分开存储采用一系列措施保证数字信号的处理速度 如对FFT的专门优化 DSP芯片的主要特点 哈佛 Harvard 结构和改进的哈佛结构专用的硬件乘法器指令系统的流水线操作片内外两级存储结构特殊的DSP指令快速指令周期 采用冯 诺依曼结构的处理器 采用哈佛结构的DSP处理器 流水线操作功能 DSP芯片采用多组总线结构 允许CPU同时进行指令和数据的访问 因而 可在内部实行流水线操作 执行一条指令 总要经过取指 译码 取数 执行运算 需要若干个指令周期才能完成 流水线技术是将各个步骤重叠起来进行 既第一条指令取指 译码时 第二条指令取指 第一条指令取数时 第二条指令译码 第三条指令取指 依次类推 哈佛结构的指令流的定时关系 图1 2四级流水线操作 返回本节 改进的哈佛结构 DSP与通用计算机 单片机的区别 数字信号处理的运算特点 乘 加 及反复相乘求和 乘积累加 早期的计算机或微处理器的内部乘法运算是靠加法器反复移位相加实现的 需要数十个时钟周期 而DSP设置了硬件乘法 累加器 能在单个指令周期内完成乘 加运算 高速数据的传输能力是高速实时处理的关键之一 1 新型的DSP设置了单独的DMA总线及其控制器 2 DSP还在指令并行 功能单元并行 多总线 时钟频率提高等方面不断创新和改进 3 DSP是专为数字信号处理所设计的 与PC机相比 体积小 成本低 且易于开发 易于实现嵌入式和便携式应用 PC机的设计目的 1 通用 计算 方便使用 所以 它有大容量内存 复杂的指令集和操作系统 2 体系结构对特殊类型的数据结构只能提供通用的寻址操作 而DSP有专门的简捷寻址机构和辅助硬件来快速完成 PC机通常不能高效地完成许多基本的数字处理运算 例如 乘法累加 矢量旋转 三角函数等 单片机 1 为低成本控制领域而设计和开发的 位控能力强 I O接口种类繁多 在片上外设和控制功能丰富 价格低 使用方便占有一定的优势 但处理速度较慢 2 DSP具有高速并行结构及指令 而单片机没有 DSP处理的算法的复杂度和大的数据处理流量更是单片机不可企及的 三者各有所长 技术的发展使得DSP 通用计算机 单片机相互借鉴对方的优点 互相取长补短 现在 PC机及部分单片机内部都有硬件乘法器 单片机内部也有了通用计算机和DSP内部才有的流水线作业 但规模小些 而DSP内部也有了一定规模的高速缓存 吸收Intel的嵌入式系统芯片和系统软件的优点 有的DSP内部集成了高速运行的的DSP内核及控制功能丰富的嵌入式处理器内核 例如 内部集成有TI公司的C54xCPU内核和ARM公司的ARM7TDMIE内核的DSP 既具有高速的数据处理能力 又有各种类型的外设接口和位控能力 大大拓宽DSP在控制领域的应用 DSP在注重高速的同时 也在发展自己的低价位控制芯片 DSP的种类 定点与浮点DSP芯片通用与专用DSP芯片静态DSP芯片与一致性DSP芯片 TI的TMS320系列DSP概述 该系列包括 定点 浮点 多处理器DSP和定点DSP 体系结构专为实时数字信号处理而设计 TI公司从1982年推出 第一代TMS32010 TMS32011等 第二代TMS32020 TMS320C025 改进型TMS320C2xx 第三代TMS32030 TMS320C32等 第四代TMS32040 TMS320C44等 第五代TMS3205x TMS320C54x等 第六代TMS32062x TMS320C67x等 速度最快 三大系列 2000 5000 6000 同一代的器件有相同的CPU结构 但片内存储器和外设配置不同 DSP的应用 自20世纪70年代末诞生 得到飞速发展 已广泛应用 价格越来越低 主要应用 1 信号处理 数字滤波 自适应滤波 FFT 相关运算 谱分析 卷积 模式匹配 加密 波形产生 2 电机和机器人控制 集成多个DSP处理器 可采用先进的神经网络和模糊逻辑控制等人工智能算法 机器人智能的视觉 听觉和四肢的灵活运动必须有DSP技术支持才能实时实现 3 激光打印机 扫描仪和复印机 DSP不仅仅是控制 还有繁重的数字信号处理任务 如字符识别 图像增强 色彩调整等 4 网络控制及传输设备如视频信箱 交互式电视等 要求更宽 更灵活的传输带宽 实时传输和处理数据的网络控制器 网络服务器和网关都需要DSP的支持 5 通讯 调制解调器 自适应均衡 数据加密 数据压缩 扩频通信 纠错编码 传真 可视电话 6 语音处理 7 自动测试诊断设备及仪器仪表 虚拟仪器 8 图像处理 9 军事 保密通信 雷达处理 导航 导弹制导 10 自动控制 机器人控制 磁盘控制 自动驾驶 声控 发动机控制 11 医疗仪器 助听 诊断工具 超声仪 CT 核磁共振 12 家用电器 数字电话 数字电视 音乐合成 音调控制 玩具与游戏 高保真音响 数字收音机 数字电视 13 汽车 防滑刹车 引擎控制 伺服控制 振动分析 安全气囊的控制器 视像地图 DSP系统的开发步骤 DSP典型系统 前 后向通道示意图 DSP总体设计框图 根据需求写出任务说明书 根据任务书确定技术指标 DSP芯片及外围芯片 总体设计确定软硬件分工 软件设计说明书 硬件设计说明书 软件编程与调试 硬件 sch pcb 系统集成 硬件调试 系统测试 样机完成 中试 产品测试与生产 前 后向通道示意图 DSP总体设计框图 根据需求写出任务说明书 根据任务书确定技术指标 DSP芯片及外围芯片 总体设计确定软硬件分工 软件设计说明书 硬件设计说明书 软件编程与调试 硬件 sch pcb 系统集成 硬件调试 系统测试 样机完成 中试 产品测试与生产 软件设计框图 硬件系统设计框图 确定硬件方案 器件选型 原理图设计 PCB图设计 硬件调试 系统分析 系统综合 DSP的知识平台 DSP技术 计算机 电子 计算机硬件 计算机软件 电子线路 数字信号处理 TMS320LF240 x系列DSP控制器 专为数字电机控制和其它控制系统而设计的 不但有高性能的C2XXCPU内核 配置有高速数字信号处理的结构 且有控制电机的外设 主要用途 电机 交流伺服 直流永磁 开关磁阻 的控制器 传感器信号处理 控制通讯系统 多电机系统的单处理器控制 电源开关转换的控制 1 看门狗定时器模块 2 41个可独立编程的多路复用I O引脚 3 带锁相环PLL的时钟模块 4 10位A D转换器 最小转换时间500nS 可选择由两个事件管理器来触发两个8路或一个16路输入的A D转换器 5 串行通信接口SCI与串行外设接口SPI 6 CAN2 0B模块 7 高达40个可单独编程或复用的GPIO引脚 8 两个事件管理器EVA EVB 可为所有类型电机提供控制技术 在工业自动化方面的应用奠定了基础 3个具有死区功能的全比较单元 2个单比较单元 防止击穿故障的可编程PWM死区控制 2个16位通用定时器 3个事件捕捉单元 其中2个具有直接连接光电编码器脉冲的能力 7 8个16位PWM通道 三相反相器控制 8 5个外部中断 两个驱动保护 复位 两个可屏蔽中断 10 用于仿真的JTEG接口 11 片内存储器 32K字闪存 2 5K字RAM 事件管理器A EVA CAP1 QEP1 IOPA3 捕捉输入1 正交编码脉冲输入 CAP2 QEP2 IOPA4 CAP3 IOPA5 PWM1 IOPA6 比较PWM输出或通用IO PWM2 IOPA7 PWM3 IOPB0 PWM4 IOPB1 PWM5 IOPB2 PWM6 IOPB3 T1PWM T1CMP IOPB4 T2PWM T2CMP IOPB5 TDIRA IOPB6 通用计数器方向选择 EVA 1 加计数 0 为减计数 TCLKINA IOPB7 通用计数器 EVA 外部时钟输入 事件管理器B EVB CAP4 QEP3 IOPE7 CAP5 QEP4 IOPF0 CAP6 IOPF1 PWM7 IOPE1 PWM12 IOPE6 T3PWM T3CMP IOPF2 T4PWM T4CMP IOPF3 TDIRB IOPF4 通用计数器方向选择 EVB 1 加计数 0 减计数 TCLKINB IOPF5 通用计数器 EVA 外部时钟输入 模数转换器 ADCIN00 ADCIN15 ADC的模拟输入VREFHI ADC的模拟参考电压高电平输入端VREFLO ADC的模拟参考电压低电平输入端VCCA ADC模拟供电电压 3 3V VSSA ADC模拟地 CAN SCI CANRX IOPC7 CAN接收数据脚或IO脚 CANTX IOPC6 CAN发送数据脚或IO脚 SCITXD IOPA0 SCI发送数据脚或IO脚 SCIRXD IOPA1 SCI接收数据脚或IO脚