基于DSP的现代电子系统设计

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目录 第1章TMS320C6000平台技术概论 s"""""(上 11引论…… ■■■■画a■自■■▲■画■■自■■■画■血曲自口曲自曲p血■自自p自日■■曲◆p自■■曾管■■由 1.2DsP装置的功能性框图…… 3) 13DSP装置的引胸和信号描述 5 14DSP装置的CPU结构特点………………………………………(13) 14.1C600 DSP CPU的共同特征……… 甲昏号幽平甲冒P4日冒自甲P昏甲P■肀吾1m甲自P是冒自甲甲甲昏■·平 (14) 142C62 KDSPC67XDSP与C64xDsP的CPU性能比较 16) 15CPU数据通道和控制…………………417) 15一般目的寄存器文件 即“q■自p唱唱·曲■■qd自咖●自■■d■白要血■月要b由口甲卷■ ….(1g) 1.52功能单元……………… (38) 153寄存器交叉通道 154存储器装载和存储通道 ……:(19) 155数据寻址通道……… 鄂●自即甲■D即p■唱■园 昏日口甲自日1日.日 20 L55TMS320C62x67x控制寄存器文件…4 31 157TMS32067x控制存储器文件扩充………………… 22) 16TMS320C62x/C67xCPU定点汁编语言指令集 會噜中鲁■■會■會腎卧昏目■■■晋個晶■■罪b■备看晶 22 1.6.1CPU指令操作和执行符号… 22 162CPU指令和功能单元之间的映射关系 163CU操作代码图 p■可■白血血自L?冒·如P唱昌晋昏唱甲昏昌昌}■hh冒昏b山古■山d番b量晶aar■■昌山 (28 164延迟槽 卩■昌4郾山■郾郾易孟■_山·昌 (30 1.6.5平行操作……… 30 66状念〔条件)操作 …(32) 16.7资源纳束 pp唱唱p 168寻址模式… 33 159指令系统概要 通日日甲日日日b血早}甲甲P會甲44■■晋晶晶4画 (34) 17存储器 (37) 171程序存储控制器和内部程序存储器 (38 172DMA控制器接入到内部程序存储器 ……………………(39 I73数据存钻控制器和数据存储器接入… 冒早旱「晶PT4P L.74存储器分配……… 17.5内部存储器 1.8TMs320c6000的片内集成外设… (43 8.1外部存储器接口(EMIF)……………” 18.2多通道缓冲串口 5f) 1.8.3自举辑挖制… ■山d督吾日口 甲如:4■甲甲即b4目 DDdd自自可q白中?即冒冒自P即唱冒目■即吾吾d■昏昏吾■晶bd 57 184中断选择器………… 画日·■■ (57 1.8.5功率下降逻辑…………………………r"(58 第2章Ms320c62XEWM评估板软、硬件设计原理 h■啁番b看■唱啁司■bψ唱罪pb鼻画看■『西冒备备 59) 2.1引论 ■着↓斗卩■看北晶郾■■晶晶口■品■自自_甲ψ司■自自 (59) 22TMS320C6xFVM评估板硬科功能概要…… 2.2.1DsP…rr…r;rrr 中中自『■中·自P冒4中血P中中自『曹中亠自自自P中 (60) 222DSP时钟… 晶q甲甲m血甲甲日当晶 61) 223外部存储器接囗………………(62) 224了展总线 XB(Expasion)接囗 甲自自合甲 血甲申●晶甲中中■■p咖中q 225PCI接[……… 冒甲p鲁 (65) 226TAG模拟器 中■■ ……s(6 227可控逻辑………… 甲甲b.·甲甲命即■e看 e命啁日日d口■■圆 ………(67) 22.8声频接山 ■【 日d■■ 69 229电源… 中十4詈 (69) 2210电压监视和复位控制 ■■国萨■■■●@● …069) 2211用户任选……;……………………………………………69) 222LED指示……… 69) 23TMS320C6xEVM评估板软件功能概要…… 中自自自血昏号中备■■曾曾■■日甲昌备斷■■■h画 69) 231TMs320C6xEⅥM士机支持软件…… ■口■ 69) 2.32TMs3206 TEVMDSP支持软件 !74) 24TMS320C62xDSP实验板的设计……………………95 241概述 ■甲甲曾一 95) 242设计思想……” (96) 243原理说明以及电路实现…………… 自口p鲁日山自血自自向司自自血·L—甲司 96) 244结束语 ■早甲日口■酽晷晕晕平甲·■昏冒冒血晶福日bp血幽吾吾b吧看如 …(p4) 第3章TM320C5000平台技术概论 "0) 31TMS320C54x体系结构… ■■斗号晶昌+品最 (105 311总线结构 自曾早中中中曾唱 PPPY晋晋■■■即『晶晶晶■pb中中日目 (106) 3.2中央处理单元(CPU)… ………(08) 313内部存储器 ………12 314在片外设 中中中骨日自幽■普中申晋吾吾q■P画昌 幽b日P甲4幽自晋昏昏唱即量4曾 (114) 315串行口………… (117) 32TMS320C54x的存储空间组织 (129) 321程序存储器……… q中导百日日自中自自自自一日甲甲P中白白电即P甲甲會冒日即晋吾甲■上 (13 322数据存储器 ■■自司■面■如■看电申申·命● 132) 23Lo存储空间 P中中晋晋 ………(13〕) 33寻址方式……… 号即·警音自自自自音卧卧目即召西吾如4↓b昌甲如如44-BD甲 133) 33.1数据寻址 P『:?日日日十日“合日申 134) 332程序寻址 34TMS320C54x的指令系统 ■P甲甲q■鲁曾·自血音曾鲁·昏卧■晶动昏卧罪西罪d山●日日。甲如品血唱·即即即即即 (139) 第4章TMs320C54X硬件平台设计…… ■d·中↓最↓↓ 41TMs320C54XEVM硬件台的结构…………………(14) 4.2TMS32054XEVM对主机的要求 s(145j 43TMS320C54xEVM操作… "……"(146 431TMs320C54X存储器接-………… 146 432rCAT主机接口………… 44147) 4.33TMS320C54X10接口 甲自日警唱自日甲血由口日■平自自申西日日白日4帽 l48 434七机与甘标处理器的通信 ……151 4.3.5外部串行 151 43.6模拟接口…·………-… 152 44应用实例 155 第5章DSP软件的开发方法 ■■■■■日晋普昏备■■■■■画旮昏■罪■音“昏■■h■函晶番备■■P吾晋晋晋甲■晋晋吾曾昏号冒■P■ 18 5lIMS32C54x的C语言开发知识准备 51]存储器模式∵ 181 5.2C編译器生成的块 18 5L3C系统的堆栈 181 514动态存储器分配 ■日日白白{冒 ,…;…〔182 515RMM和ROM模式…………,4…:4 182 5.1.6寄存器就则 …………"182 5L7系统初始化…………………………………r……"……… 4■昏昌P口订冒■山昏個山矗昌山备 518链接器… (183 52在 Code composer Studio中进行TMS3254x的C语言开发实例… 189 52.1创建新J程……… ■■■』■■昏日d晶晶晋晶晶甲■晶古甲吾 (189 522向工程中添加文件 523程序代码 擊■■1昌『■鲁1■■矗Fb血晶晶■md■昏晋m ………(191 24构建并远行栏序… ■血 92 525修改程序选项及更正语法错误……,………………193) 526使用断点和惭视窗口 94 527使用监视窗口查看结构体…… ………………………………(195) 528测算代码运行时间… h甲■晋昏↓■■晶昏昏冒↓P■矗-↓■晶■b計日■圆晶晶吾吾晉晶d山■画晉 (196 53TMS320C54x下的汇编语吉开发…………………………………(197) 第6章TMs320c6000源代码开发流程和代码优化技术…………………(203) 61引论 ■■·■■■壘晶■■晶鲁■■■命昌山愚■4晶晕↓山■咖山西甲d 203 62第一阶段的代码优化问题………,……………,……………………………(205 621数据类型的选择…………………… h如ψ晶b■晶晶甲止』 dede晶wmv冒 〔205 62,2分析C代码的性能……… Pb即·qq■自口·命唱自自目p自P日自血自血自4日中自自A自甲自P日自平自中肀即甲4·甲曾即昏■甲 (205 623编译C代码和存储器的依赖性 206 63第二阶段的代码优化问题… 208 63,1C6x编译器内部函数的使用 …………4,4(2 632hor型数据的it处理 (20) 633软件流水线技术的使用 634循环结构中的代码展开…21 64第三阶段的代码优化问题… 中4··曾中·甲中·早早中·"早早早中中中早中当一早日日 …(211) 64!汇编代码格式……… (212 642使用线性汇編优化汁编代码…………"……… (214 第7章数字滤波器的DsP实现……………”………………………(231) 7]数字滤派与卷积… r……rrr(231) 7.1.1概述 1,,4"(231 72离散时间卷积与频率响应 吾·山▲晶p (23 72有限脉冲响应(FIR〉数字滤波器的DSP实现 中鲁鲁 中中中智 233 721使用TM320C60灾现FR滤波器 (234) 722使用TMS320C55x实现FIR滤波器 (243) 723使用TM323实现FR滤波器……1260 7.3无限脉冲响应(IR)数字滤波器…………… 263 74IR数字滤波器优化设计和DSP实现 ■■■督『會■■■血bp (265) 74.1R滤液器设计 ""(265 742典型程序……… 267 75数字滤波器设计的性能考虑…… 啁71) 第B章自适应滤波器的DS实现…… ■■旱ψψd山口日■■個4曲·昏■自自自口白■ ■国■‘晶■阝早Pb; 273) 8.1概论… …"”“*““““M”(273 82自适应滤波器应用… 274) 83自适应滤波器的实现…………………….(276) 83.1线性最佳滤波器问题的描述………… (275) 832最小均方值算法的一般结构和操作…………… 自日LL甲冒曾普P普普1■昌晋【卧山凸mmad (277) 8.33使用最小均方差(LMS)算法的自适应横向滤波器结构… 279 834TMs320C30的实现………… 自自白中平司 …s4(279) 835最小均方值自适应算法… ………(279) 84基于DSP的典型自适应滤波器产品… *(281) 841线路回波产生的背景 281) 842线路叵波抵消理论和算法 ……r"………(282) 843回波抵消器实现…… (283 第9章离散傅里叶变换与频域测量仪器的DSP实现… ……"*”"(295) 91傅里叶变换的分类 ………………(295) 92离散傳里叶变换(DF) →…..…(298 921实数离敵傅里叶变换的符号和格式… 298) 922频域的独立变量 a自日自血鲁會甲晋卜昏1昌■晶卧晋吾血■■p当p甲可pp 923DF基函数…………… 300 924计算DPT的反变换 300 925计算DFT………1303 926极坐标符号 甲■曾十■■■+b晶 dttn …(305) 93傅里叶变换的特性 :"p(306) 931傅里叶变换的线性特性… ……307) 932桕位牿性… (38 933DFT的周期特性 即号■口口。号■q■■ (313 934信号时压缩与扩展 ……(316) 935倍号的乘注(幅度调缈)… (318 94快速傅里叶变换(FFT (326) 94.1使用复数DF计算实数DFT ■晶d山■■吾1幽·矗晶b■■“■十+ ……(326) 92FT工作原理… (328) 943FFT程序……………………… .·看+14=甲4甲 ……(33 944速度与精度比较 1■卜昏1■■■4晶矗m鲁鲁番昌■晶 annE口 (334) 945IIT算泫的DSP实现…- ………(336) 95设计颎谱分析器遇到的技术问题和解决办法 昏■■早■函昏■卓ψ中∮壘p◆专t日口■ep■日自噜p日 (338 第10章语音信号的数字处理及其DSP的实现……45 10.1人耳的基本组成和听觉形成机理… (345 10.2音色…… 日日旱早·鲁早鲁中鲁■■酽昏中P即晋日目■如壘日吾ψφ中壘 ■血會會鲁■■鼻自咖鲁會■即b自 (347 103声音质量与数据速率 中曾音管■甲中曹曾斷■P■■晋一■申p 355) 104在数字电活中的语音数据绡展器…… (355) 1(.4.1数了语音数据压缩扩展技犬 (356) 1042用TMS32C600DSP实现律和A律 !…(359) I0.5语音信号的特征、产生模型与三维语谱 (373) 10.51语肾信号的特征和产生模型……………-……… 373 1052语音信号的表示方法…… (374) 1053音产生模型的应用… 卩■L昏日hd口晶如 amgeN■画bma画a ……(377) 106语青合成 F自自吾山吾4hB命4a=baa·、日*·a自甲日1日日B (379} 1061语音合成的基本流程和算法… (379 10.62—个实际中文语膏合成系统的设计……… (380) 10.7语音识别 383 1071信号的预处理 (384) 10.72参数测量………… 厶晶·■ 386 第11章图像信号的数字处理及其DSP实现 388 1.1数字图像结构 得4·吾日日·自目卧中自目目吾山中“即日·“日4F日目日召品h日 388 12数字图像显示技术… 389 1.3数码照相机的设计… ……;…r(390) l31数码照相机系统的概要介纲… 390 1132数码照桐机图像的获得 b「自日·日q甲即早甲甲番}普4■晶吾Igm甲p 391 113数码照相机的图像流水线………………… 卜冒4昌 q血吾山可pbbp 913 1.34数码照村机的DSP实现 393 114图像压缩编码… “"""“"““甲自1中·394 114.1图像压缩编码原理… v 11.2静止图像的国际压缩编码标准JPEG… 中··早唱即即自冒··自自血早血 at"t!r"(394 第12章DSP在编码中的应用… 21数字通信系统中DSP应用概况 會自曾曾曾曾■■音音■嗯 440 2.4DsP在通信中的应用分类与设计要素 晶甲pd可矿a幽 1212浮点和定点解决方案… (4 12.1.3通信应用摘要 hg可甲 12.2分组纠错编码技术……… h如当·即4日1鲁“与日品B41日4如如44唱4“响中唱早目日44B品■ 2) 122.1分维编码基础…… ,…"…4(42) 122.2循坏码… 昏昏自百自自自擊甲 角中血 ……………:44 1223循环兀余检捡(CRC)码 (448) 122.4CRC码算法在TMS3254xDSP的实现 十晋冒■目日 ……(45) 123格了码、卷积码与维特比译码技术…… 457〕 123.1卷积码 如‘山4=+4hh=“··11自血自甲 …………(458 32卷积码的解码过程 (463 1233卷积码的最大似然解码(维特比译码算法 中甲鲁 "(464) 1234維特比译解码算法的D$P实现 1235卷积码的DSP实现… 早■■十吾音da.甲4响血 478 123结论……"……"… a自自·甲上 (48] 参考文献 第1章TMS320C6000平台技术概论 本章首先说明数字信号处理器(DsP)装置平台技术的重要性,然后阐明组成DSP装 置平合的必要条件,最后详细描述TMS326000平台技术。平台技术包括CPU结构设 计、外设和TMs320C600开发工具等,其中开发工具将在后面章节中叙述。除非特别说 明,所有C6000参考资料均适用王TMS320c60平台,C6适合〔6000平台巾 TMS320C62x定点DSP,C67x适合C600平台中TMS320C67x浮点DSP。本章对C6000 的最新成员C64x也作了简要介绍。 引论 众所閤知,开发基于DsP的现代电子系统,其开发周期在很大程度上取决于汇编程序 的编写和硬件设计及訇作,这是一件非常花费时间的T作。为了加快开发周期,DSP生产 厂家提供了开发工具。以前的开发工具往往是针对一种型号的DSP。白于技术进步,新的 DSP芯片不断出现,当新芯片代替老芯片时,以前编写的汇编程序和设计、制作的硬件和 开发工具都失去存在价值,因而需要增加投入,延长了开发时间,并延误了产品竞争机会 T公司实现了DSP开发装置平台化,即为—类性能和近的DSP开发工具提供公用的硬件平 台和软作开发工具,并把基于DSP的产品软件性能评估和产品硬件原型设计纳入亚台的功 能范围,这种做法深受用户的欢迎 实现DSP开发装置平台化的理论恨据,是DSP技术发展和应用场合的内在联系。影响 DSP性能的第一指标是运算速度。作为DSP生产厂家来说,首先要打破传统的计算机体系结 构设计思想,以前一直认为计算机的指令系统越丰富、越复杂,功能越强,处理程序语音的能 力也越强,而事实并非如此。20世纪80年代后期山现的精简指令系统训算机(RISC冫结构是 计算机体系结构发展史上又一次重大变革。RSC技术带来巨大的性能/价格比优热,RSC技 术与其他措施配合,使DSP执行速度更快。RSC指令的主要特点如下。 (1)采用高效的流水线操作:指令在流水线中平行地操作 (2)面向寄存器堆的指令:采用大量的寄存器-寄存器操作指令,使指令系统更精简, 控制部件更为简化,指令速度更快。 (3)装入存储指令结构:只有装入存储( oad store指令可访问内存。其他指令均在 寄存器之间对数据进行运算。10ad指令从内中将数据取出,送到寄存器,在寄存器之间对 数据进行快速处理,并将它暂存在那里,以便再有需要时,不必再次访问内存。在适当的时 刻,-条sore指令再将这个数据送回内存。采用这种方法无疑可提高指令的执行速度。 (4)采用指令高速缓冲器和数据高速缓冲器:采用了较大的片上指令高速缓冲器 Icache)和片上数据高速缓冲器( Dcache),用以提高指令和数据的传输速率。这两种高 速存储器存储了最近使用过的指令和数据拷贝。采用分开的指令缓存和数据缓存可提高缓冲 器的命中率。因此,保存在 Icache和 Dcache中的指令和数据比采用单 Cache中的指令和数 据更可能被重复使用,从而提高了指令的执行速度 5)指令格式的简单位和规格化:为与流水纹结构柑适应,同时提高流水线效率,指 令格式必然趋向简单化和规范化。要求指令基本采用32位定长度(4字节),并且操作 祃字段、操作数字段都应尽可能具有统一格式。此外,寻址方式般不超过3种,从而使硬 性逻辑部件化并且缩短译码时间。正是由于RSC设计采用简单而又规范化的指令系统和 较少釣寻址方式,使指令可直接在硬件中执行,从而省略了复杂指令系统计算机(CISC 设计中的做妈转换坏节,提高了机器执行效率和刂韋性。 由于TI公司设计和生产的新代DSP芯片全面体现了RISC設计思想,使捉高DSP 运算速度的途径简化为以下几个方面: (1)缩短CPU指令周期时间,即提高DSP允许的晶振频率; 2)增加每一个指令周期时间内执行指令的条数,即提高DSP允许的平行度 (3)增加DSP允许平行度的利用率 (4)尽量把影响运算速度的高速数据总线、高速地计总线、高速RAM移入片内,而 DSP芯片对外连线尽量是低速的 从D$P装置应用场合来看,分为为式和外接式内种,它烃一种计算密集型专川计算 机,一般无显示器和通用键盘。所以,要调用DSP装置计算密集、高速的特点,除了需要 用户的应用程序外,还需要有主机支持软件和DP装置内的DSP支持欹件 综上所述,用一些性能相近的DSP组成开发平台是可能的。今天,TM320家族由3 个支撑平台组成,它们分别为TM320C200,MS3205000和TMS320C600。在 TMS32C60台中,有三代DSP,即TMS320C62x,TMs32067x和TMS32C64x,它们 具有很高的性能和特性,反映了德州仪器的承诺,领导世界范围的DSP解决方案 图1-1显示了TMS320家族的发展进释:C6000平台是在C3x(浮点),C4x(浮 点),C8x(多处理器)和C54(定点)基础上发展起来的,具备高性能。C6000平台由 C62 XDSP. C67xDSP和c64xDSP组成。C62xDSP包含C6201(200MHz),C62l(150 MHz),C6202(250Mz)C600(300MHz)C604(200MHz)和C6005(200MHz) C67xDSP目前仅包含C6701(167MHz)和C6711(150MHz)。C64xDSP是C600台 的最新成员,它具有足够高的处理速率C64XDSP的高速时钟可达到1.』GHz,为早期 C62xDSP的10倍,它是未米有线利无线觉带网络及数字图像应用的基础。此外,C64XDSP 的CPU拥有众多的继承性,它完全与高性能TMS320600DSP平台的每个DSP软件 容,给设计丁程师带来方便。关于C600平台的详细情况将在后面叙述。 Enor (.652x,C64xC67x) IC54x, C55x) C20 C4x, C (CZGX, C+4x 图1-1数字信号处理器(DSP)TMs320家族 2

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