【文章內容簡介】 采用哈佛結構 （ 2）哈佛（ Harvard） 結構 該結構采用雙存儲空間，程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開，有各自獨立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，可獨立編址和獨立訪問，可對程序和數(shù)據(jù)進行獨立傳輸，使取指令操作、指令執(zhí)行操作、數(shù)據(jù)吞吐并行完成，大大地提高了數(shù)據(jù)處理能力和指令的執(zhí)行速度，非常適合于實時的數(shù)字信號處理。微處理器的哈佛結構如圖 。 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 34 第 1章 DSP緒論 1．采用哈佛結構 （ 2）哈佛（ Harvard） 結構 外部管理數(shù)據(jù)總線 外部管理地址總線 數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)地址總線 程序數(shù)據(jù)總線 程序地址總線 CPU I/O口 ROM 串行接口 RAM 并行接口 外部存儲 器接口 圖 哈佛結構 外部管理數(shù)據(jù)總線 外部管理地址總線 數(shù)據(jù)總線 數(shù)據(jù)地址總線 程序數(shù)據(jù)總線 程序地址總線 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 35 第 1章 DSP緒論 1．采用哈佛結構 （ 3）改進型的哈佛結構 改進型的哈佛結構是采用雙存儲空間和數(shù)條總線，即一條程序總線和多條數(shù)據(jù)總線。其特點如下： ① 允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互傳送數(shù)據(jù) ,使這些數(shù)據(jù)可以由算術運算指令直接調用 ,增強芯片的靈活性； ② 提供了存儲指令的高速緩沖器（ cache） 和相應的指令 ,當重復執(zhí)行這些指令時 ,只需讀入一次就可連續(xù)使用，不需要再次從程序存儲器中讀出 ,從而減少了指令執(zhí)行作需要的時間。如： TMS320C6200系列的 DSP,整個片內程序存儲器都可以配制成高速緩沖結構。 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 36 第 1章 DSP緒論 DSP芯片的特點 2．采用多總線結構 DSP芯片都采用多總線結構，可同時進行取指令和多個數(shù)據(jù)存取操作，并由輔助寄存器自動增減地址進行尋址，使CPU在一個機器周期內可多次對程序空間和數(shù)據(jù)空間進行訪問，大大地提高了 DSP的運行速度。如： TMS320C54x系列內部有 P、 C、 D、 E等 4組總線，每組總線中都有地址總線和數(shù)據(jù)總線，這樣在一個機器周期內可以完成如下操作： ① 從程序存儲器中取一條指令； ② 從數(shù)據(jù)存儲器中讀兩個操作數(shù)； ③ 向數(shù)據(jù)存儲器寫一個操作數(shù) 。 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 37 第 1章 DSP緒論 DSP芯片的特點 3．采用流水線技術 每條指令可通過片內多功能單元完成取指、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行等多個步驟，實現(xiàn)多條指令的并行執(zhí)行，從而在不提高系統(tǒng)時鐘頻率的條件下減少每條指令的執(zhí)行時間。其過程如圖 。 時鐘 取指令 指令譯碼 取操作數(shù) 執(zhí)行指令 T1 T2 T3 T4 N N1 N2 N3 N+1 N N1 N2 N+2 N+1 N N1 N+3 N+2 N+1 N 圖 四級流水線操作 利用這種流水線結構，加上執(zhí)行重復操作，就能保證在單指令周期內完成數(shù)字信號處理中用得最多的乘法 累加運算。如： ???niii xay12022年 5月 27日 DSP原理及應用 38 第 1章 DSP緒論 DSP芯片的特點 4. 配有專用的硬件乘法 累加器 為了適應數(shù)字信號處理的需要，當前的 DSP芯片都配有專用的硬件乘法 累加器，可在一個周期內完成一次乘法和一次累加操作，從而可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的乘法 累加操作。如矩陣運算、 FIR和 IIR濾波、 FFT變換等專用信號的處理。 5. 具有特殊的 DSP指令 為了滿足數(shù)字信號處理的需要，在 DSP的指令系統(tǒng)中，設計了一些完成特殊功能的指令。 如： TMS320C54x中的 FIRS和 LMS指令，專門用于完成系數(shù)對稱的 FIR濾波器和 LMS算法。 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 39 第 1章 DSP緒論 DSP芯片的特點 6．快速的指令周期 由于采用哈佛結構、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的指令以及集成電路的優(yōu)化設計，使指令周期可在 20ns以下。如： TMS320C54x的運算速度為 100MIPS， 即 100百萬條 /秒。 7．硬件配置強 新一代的 DSP芯片具有較強的接口功能，除了具有串行口、定時器、主機接口（ HPI）、 DMA控制器、軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器等片內外設外，還配有中斷處理器、 PLL、片內存儲器、測試接口等單元電路，可以方便地構成一個嵌入式自封閉控制的處理系統(tǒng)。 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 40 第 1章 DSP緒論 DSP芯片的特點 8．支持多處理器結構 為了滿足多處理器系統(tǒng)的設計 ， 許多 DSP芯片都采用支持多處理器的結構 。 如： TMS320C40提供了 6個用于處理器間高速通信的 32位專用通信接口 ， 使處理器之間可直接對通 ， 應用靈活 、 使用方便； 9．省電管理和低功耗 DSP功耗一般為 ~4W， 若采用低功耗技術可使功耗降到 ， 可用電池供電，適用于便攜式數(shù)字終端設備。 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 41 第 1章 DSP緒論 DSP芯片的分類 為了適應數(shù)字信號處理各種各樣的實際應用 ， DSP廠商生產(chǎn)出多種類型和檔次的 DSP芯片 。 在眾多的 DSP芯片中 ，可以按照下列 3種方式進行分類 。 1. 按基礎特性分類 2. 按用途分類 3. 按數(shù)據(jù)格式分類 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 42 第 1章 DSP緒論 DSP芯片的分類 1．按基礎特性分類 這種分類是依據(jù) DSP芯片的工作時鐘和指令類型進行的。 可分為靜態(tài) DSP芯片和一致性 DSP芯片。 如果 DSP芯片在某時鐘頻率范圍內的任何頻率上都能正常工作，除計算速度有變化外，沒有性能的下降，這類 DSP芯片一般稱之為靜態(tài) DSP芯片。 例如， TI公司的 TMS320系列芯片、日本 OKI電氣公司的DSP芯片都屬于這一類芯片。 如果有兩種或兩種以上的 DSP芯片，它們的指令集和相應的機器代碼及管腳結構相互兼容，則這類 DSP芯片被稱之為一致性的 DSP芯片。 例如， TI公司的 TMS320C54x。 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 43 第 1章 DSP緒論 DSP芯片的分類 2. 按用途分類 按照用途，可將 DSP芯片分為通用型和專用型兩大類。 通用型 DSP芯片： 一般是指可以用指令編程的 DSP芯片，適合于普通的 DSP應用，具有可編程性和強大的處理能力，可完成復雜的數(shù)字信號處理的算法。 專用型 DSP芯片： 是為特定的 DSP運算而設計，通常只針對某一種應用，相應的算法由內部硬件電路實現(xiàn)，適合于數(shù)字濾波、 FFT、 卷積和相關算法等特殊的運算。主要用于要求信號處理速度極快的特殊場合。 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 44 第 1章 DSP緒論 DSP芯片的分類 3．按數(shù)據(jù)格式分類 根據(jù)芯片工作的數(shù)據(jù)格式 ， 按其精度或動態(tài)范圍 ， 可將通用 DSP劃分為定點 DSP和浮點 DSP兩類 。 若數(shù)據(jù)以定點格式工作的 —— 定點 DSP芯片。 若數(shù)據(jù)以浮點格式工作的 —— 浮點 DSP芯片。 不同的浮點 DSP芯片所采用的浮點格式有所不同，有的DSP芯片采用自定義的浮點格式，有的 DSP芯片則采用 IEEE的標準浮點格式。 2022年 5月 27日 DSP原理及應用 45 第 1章 DSP緒論 DSP芯片的應用 隨著 DSP芯片價格的下降，性能價格比的提高， DSP芯片具有巨大的應用潛力。 主要應用： 1. 信號處理 2. 通 信 3. 語 音 4. 圖像處理 5. 軍 事 6. 儀器儀表 7. 自動控制 8. 醫(yī)療工程 9. 家用電器 10. 計 算 機 如：數(shù)字濾波、自適應濾波、 快速傅氏變換、 Hil