【文章內(nèi)容簡介】 MOV ；在存儲器中移動數(shù)據(jù)以實現(xiàn)延遲MPY ；相乘APAC ；將乘法結(jié)果加到ACC中其他三條指令用來將乘數(shù)裝入到乘法器電路（LT），移動數(shù)據(jù)（DMOV）以及將乘法結(jié)果（存在乘積寄存器P中）加到ACC中（APAC）。因此，若采用256抽頭的FIR濾波器，這四條指令必須重復執(zhí)行256次，且256次乘法必須在一個抽樣間隔內(nèi)完成。在典型的通用微處理器中，每個抽頭需要30~40個指令周期，而TMS32010只需4條指令。如果采用特殊的DSP指令或采用TMS320C54X等新一代的DSP芯片，可進一步降低FIR抽頭的計算時間。(4)特殊的DSP指令:DSP芯片的另一個特征是采用特殊的指令。，它完成數(shù)據(jù)移位功能。在數(shù)字信號處理中，延遲操作非常重要，這個延遲就是由DMOV來實現(xiàn)的。TMS32010中的另一個特殊指令是LTD，它在一個指令周期內(nèi)完成LT、DMOV和APAC三條指令。LTD和MPY指令可以將FIR濾波器抽頭計算從4條指令降為2條指令。在第二代處理器中，如TMS320C25，增加了2條更特殊的指令，即RPT和MACD指令，采用這2條特殊指令，可以進一步將每個抽頭的運算指令數(shù)從2條降為1條：RPT 255 ；重復執(zhí)行下條指令256次MACD ；LT,DMOV,MPY及APAC該結(jié)構(gòu)支持分離的程序結(jié)構(gòu)總線和數(shù)據(jù)空間總線。另有第三類可用空間，即FO空間，可通過外部總線接口進行訪問。為支持對大量外設(shè)的選擇，采用了外設(shè)總線。外設(shè)總線被映射至數(shù)據(jù)空間，且通過系統(tǒng)模塊與數(shù)據(jù)總線接口。從而，所有適用于數(shù)據(jù)空間的指令也適用于所有的外設(shè)寄存器。(5) 快速的指令周期：哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計，可使DSP芯片的指令周期在200ns 以下。TMS320系列處理器的指令周期已經(jīng)從第一代的200ns降低至現(xiàn)在的20ns以下?？焖俚闹噶钪芷谑沟肈SP芯片能夠?qū)崟r實現(xiàn)許多DSP應(yīng)用。數(shù)字信號處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理器為基礎(chǔ)，因此具有數(shù)字處理的全部優(yōu)點:（1）接口方便。DSP系統(tǒng)與其它以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容的，與這樣的系統(tǒng)接口以實現(xiàn)某種功能要比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易得多。（2）編程方便。DSP系統(tǒng)中的可編程DSP芯片可使設(shè)計人員在開發(fā)過程中靈活方便地對軟件進行修改和升級。對SRD來說可用軟件編程取代些硬件電路，并且通過修改軟件就可以實現(xiàn)不同的控制方式。（3）定性好。DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小，可靠性高。（4）精度高。（5）可重復性好。模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)性能變化比較大，而數(shù)字系統(tǒng)基本不受影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。（6）集成方便。DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。當然，數(shù)字信號處理也存在一定的缺點。例如，對于簡單的信號處理任務(wù)，如與模擬交換線的電話接口，而且DSP系統(tǒng)消耗的功率也較大。此外，DSP技術(shù)更新的速度快，數(shù)學知識要求多，開發(fā)和調(diào)試工具還不盡完善。雖然DSP系統(tǒng)存在著一些缺點，但其突出的優(yōu)點己經(jīng)使之在通信、語音、圖像、雷達、生物醫(yī)學、工業(yè)控制、儀器儀表等許多領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。DSP技術(shù)的迅速發(fā)展和提高，己經(jīng)成為決定電子產(chǎn)品更新?lián)Q代決定性因素。DSP芯片的應(yīng)用主要有：信號處理—如數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅立葉變換、相關(guān)運算、譜分析、卷積、波形產(chǎn)生等；通信—如調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消、多路復用、傳真、糾錯編碼、可視電話等；語音—如語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人辨認、說話人確認、語音郵件、語音存儲等；圖形/圖像—如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強、動畫、機器人視覺等；軍事—如保密通信、雷達處理、聲納處理、導航、導彈制導等；儀器儀表—如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生等；自動控制—如引擎控制、聲控、自動駕駛、機器人控制、磁盤控制等；醫(yī)療—如助聽、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護等:家用電器—如高保真音響、音樂合成、音調(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電話/電視等。隨著DSP芯片性能價格比的不斷提高，可以預見DSP芯片將會在更多的領(lǐng)域內(nèi)得到更為廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過多年的發(fā)展，DSP產(chǎn)品的應(yīng)用已擴大到人們的學習、工作和生活的各個方面，并逐漸成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。目前在DSP市場上有許多著名的芯片公司的DSP產(chǎn)品[7]，如TI, Lucent, AD等，它們在價格、性能及用途等方面往往都有相當大的差別。因此，在選擇DSP芯片時必須從價格、性能以及是否適合在目標系統(tǒng)中使用等幾個方面進行綜合考慮?？紤]到美國TI公司的DSP產(chǎn)品在世界DSP市場上占有主導地位，而且在國內(nèi)，TI公司有許多的代理商和第三方開發(fā)者，他們所提供的TI公司的DSP產(chǎn)品及開發(fā)系統(tǒng)品種較為豐富，因此在本論文中決定選用TI公司的TMS320系列產(chǎn)品。目前TI公司的TMS320系列的DSP主打產(chǎn)品主要有以下三類[8]:TMS320C2000, TMS320C5000及TMS320C6000。這三類中的DSP各自的價格及應(yīng)用范圍都不同，具體選擇哪一款DSP，還得從它們的用途及價格方面進行綜合考慮。TMS320C2000的DSP價格較低，速度為30MIPS左右，TMS320C2000系列DSP一般應(yīng)用于控制領(lǐng)域，可以替代老的C1x和C2x型號的DSP?，F(xiàn)在TMS320C2000系列DSP的應(yīng)用主要集中在以下兩個方面[8]：（1）C20x。C20x是16bit定點DSP芯片，速度為20MIPS～40MIPS（million instructions persecond，每秒執(zhí)行百萬次指令），片內(nèi)RAM比較少，如C204片內(nèi)只有512字節(jié)的DARAM。有些型號的C20x DSP芯片中帶有閃速存儲器（Flash Memory），如F206就帶有32K16bit的閃速存儲器。C20x的主要應(yīng)用范圍為數(shù)字電話、數(shù)碼相機、自動售貨機等。（2）C24x。C24x是16bit定點DSP，速度為⒛MIPS，一般用于數(shù)字馬達控制、工業(yè)自動化、電力交換系統(tǒng)、變頻設(shè)備、空調(diào)等設(shè)備。為了在有限的空間里提高數(shù)字控制設(shè)各的性能，TI公司最近推出了TMS320LF2401A、TMS320LF2403A和TMS320LC2402A這3款新型C24xx DSP。這3款新型C24xx DSP降低了業(yè)界的原始設(shè)各生產(chǎn)商（OEM）的系統(tǒng)成本，進一步實現(xiàn)了系統(tǒng)的小型化、智能化，使產(chǎn)品設(shè)計更趨完善。TI公司的TMS320LF2410A DSP是將速度為40MIPS的DSP內(nèi)核、閃速存儲器以及外設(shè)集成到器件中，其封裝尺寸不超過一個隱形眼鏡片的大小，主要用于對實時性有嚴格要求的場合。而TMS320LF2410A DSP高度的系統(tǒng)集成和較小的封裝體積，有助于OEM廠商快速地將產(chǎn)品推向市場。TI公司的TMS320LF2403A、TMS320LC2402A主要針對有更大RAM需求而設(shè)計。TMS320LF2403A DSP控制器內(nèi)部集成了16K16bit閃速存儲器、1K16bit RAM、8通道的10bitADC、事件管理器，具有CAN2．0B協(xié)議的CAN總線控制器、SPI總線接口及21個GPI／O被全部封裝到一只64個引腳的1010mm芯片中。TMS320LC2402A DSP是與TMS320LF2403A DSP處理器引腳兼容的處理器，其內(nèi)部集成了能替代閃速存儲器的6K16bitROM存儲器，生產(chǎn)成本較低。上述幾種新產(chǎn)品都是基于TI公司的TMS320C2x DSP內(nèi)核而設(shè)計，從而進一步地拓展了TI公司的C2000系列DSP的應(yīng)用范圍。TMS320C5000系列是16bit定點，速度為40～200MIPS，可編程、低功耗和高性能的DSP。主要用于有線或無線通信、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP，Internet Protocol）電話、便攜式信息系統(tǒng)、手機、助聽器等。目前，TMS320C5000系列中有3種有代表性的常用芯片。第一種是TMS320C5402，速度為100MIPS，片內(nèi)存儲空間較小，RAM為16K16bit、ROM為4K16bit。主要用于無線Modem（調(diào)制解調(diào)器）、新一代個人數(shù)字助理（PDA，Personal Digital Assistant）、網(wǎng)絡(luò)電話和數(shù)字電話系統(tǒng)以及消費類電子產(chǎn)品。TMS320C5402每片的價格在5美元以下，屬廉價型的DSP。第二種常用芯片TMS320C5420，它擁有兩個DSP內(nèi)核，速度可達到200MIPS，200K16bit片內(nèi)RAM，功耗為0．32mA／MIPS，200MIPS全速工作時功耗不超過120mW，為業(yè)內(nèi)功耗較低的DSP。TMS320C5420是當今集成度較高的定點DSP，適合于多通道基站、服務(wù)器、Modem和電話系統(tǒng)等要求高性能、低功耗、小尺寸的場合。第三種是TMS320C5416，它是TI公司0．15μm器件中的第一款DSP芯片，有128K16bit片內(nèi)RAM，速度為160MIPS，有3個多通道緩沖串行口（MCBSP，Multichannel Buffered Serial Port），能夠直接與T1或E1線路聯(lián)接，不需要外部邏輯電路，主要用于IP語音（VOIP，Voice Over IP）、通信服務(wù)器、專用小型交換機和計算機電話系統(tǒng)等。為滿足對性能、尺寸、價格和功耗有嚴格要求的設(shè)備，TI公司設(shè)計了一種屬于TMS320C5000系列的DSP產(chǎn)品TMS320C5500TMDSP（以下簡稱TMS320C55xx）。TMS320C55xx與TMSC320C54xx代碼兼容，且每個MIPS功耗只有0. 05mW，是目前市場上的TMS320C54xx產(chǎn)品功耗的0．4倍。TMS320C55xx有強大的電源管理功能，能進一步增強省電功能，可使網(wǎng)絡(luò)音頻播放器用兩節(jié)AA電池工作200個小時以上（相當于目前播放器的工作時間的10倍）。TMS320C55xx系列的代表產(chǎn)品有TMS320C5509和TMS320C5502。TMS320C5509 DSP芯片主要用于網(wǎng)絡(luò)媒體娛樂終端、個人醫(yī)療、圖像識別、保密技術(shù)、數(shù)碼相機、個人攝像機等設(shè)備。TMS320C5509 DSP芯片是目前集成度較高的通用型DSP，能提供完各的系統(tǒng)解決方案，具有96K16bit的單口SRAM、32K16bit的雙口SRAM，32K16bit的ROM和6通道的直接訪問存儲器（DMA，Direct Memory Access）。此外，TMS320C5509 DSP芯片還含有USB 1．0接口、用于全雙工通信的3個多通道緩沖串行接口、Watchdog定時器、32kHz晶振輸入和單電源的實時時鐘、片上10bit ADC、連接微控制器的I2C總線接口以及用于芯片內(nèi)的編解碼器、增強型16bit主機接口、兩個16bit定時器等。TMS320C5509 DSP支持流行的存儲方式，包括對記憶棒、多媒體卡和安全數(shù)字卡（SDC，Secure Digital Card）的支持。因此，TMS320C5509 DSP可以廣泛地支持DSP系統(tǒng)板上的外圍器件，包括用于直接連接PC機或其他USB主機設(shè)備的USB 1．0端口，并能遵循大多數(shù)流行的可移動存儲標準，以及多媒體的文件格式。TMS320C5502 DSP芯片作為TI的TMS320C5000 DSP系列平臺上新型的性價比較佳的產(chǎn)品，每秒執(zhí)行的指令高達4億條，可滿足當今個人設(shè)備對價格和性能的要求。TMS320C5502DSP芯片具有32K16bit的片上雙口RAM、一個主機接口、通用外圍設(shè)備（如3個多通道緩沖串行接口）、1個硬件UART、I2C總線接口和76個專用GP10口，提供傳輸速度為400Mbit／s的32bit外部存儲接口，并支持低SDRAM外設(shè)。TMS320C6000系列DSP是TI公司1997年2月推向市場的高性能DSP，綜合了目前DSP性價比高、功耗低等一些優(yōu)點。TMS320C6000系列中又分為定點DSP和浮點DSP兩類。（1）TMS320C62xx該系列是TMS320C6000系列中的32bit定點DSP，內(nèi)部集成了多個功能單元，可同時執(zhí)行8條指令，運算速度為1200 MIPS～2400MlPS。其主要特點如下。（a）運行速度快。指令周期為5ns，運算能力為1600 MIPS。(b)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同于一般DSP芯片。內(nèi)部同時集成了2個乘法器和6個算術(shù)運算單元，且它們之間是高度正交的，使得在一個指令周期內(nèi)最大能支持8條32bit的指令。(c)指令集不同。為充分發(fā)揮其內(nèi)部集成的各執(zhí)行單元的獨立運行能力，TI公司使用了VelociTl超長指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)。它在一條指令中組合了幾個執(zhí)行單元，結(jié)合其獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可在一個時鐘周期內(nèi)并行執(zhí)行幾個指令。(d)大容量的片內(nèi)存儲器和大范圍的尋址能力。片內(nèi)集成了512K字程序存儲器和512K字數(shù)據(jù)存儲器，并擁有32bit的外部存儲器界面。(e)智能外設(shè)。內(nèi)部集成了4個DMA接口，2個多通道緩存串口，2個32bit計時器。(f)低廉的使用成本。在一個無線基站的應(yīng)用中，每片TMS3⒛C62xx能同時完成30路的語音編解碼，每路成本為3美元，而以前的DSP系列最大只能完成5路，每路的成本為7美元。這種芯片適合于無線基站、無線PDA、組合Modem、GPS導航等需要大運算能力的應(yīng)用場合（2）TMS320C67xx該系列是TMS320C6000系列中的32bit浮點DSP，內(nèi)部同樣集成了多個功能單元，可同時執(zhí)行8條指令，其運算速度為1GFLOPS。該系列除了具有TMS320C62xx系列的特點外，其主要特點如下。(a)運行速度快。指令周期為6ns，峰值運算能力為1336 MIPS，對于單精度運算可達1GFLOPS，對于雙精度運算可達250M FLOPS。(b)硬件支持IEEE格式的32bit單精度與64bit雙精度浮點操作。(c)集成了3232 bit的乘法器，其結(jié)果可為32或64bit。(d)TMS320C67xx的指令集在TMS320C62xx的指令集基礎(chǔ)上增加了浮點執(zhí)行能力，可以看作是TMS320C62xx指令集的超集。TMS320C62xx指令能在TMS320C67xx上運行，而無需任何改變。