DSP技术大作业文档格式.docx

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（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；

（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；

（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；

（7）可以并行执行多个操作；

（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。

1.2、DSP的发展

世界上第一个单片DSP芯片是1978年AMI公司宣布的S2811，1979年美国Iintel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个主要里程碑。

这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须的单周期芯片。

1980年，日本NEC公司推出的μPD7720是第一个具有乘法器的商用DSP 

芯片。

第一个采用CMOS工艺生产浮点DSP芯片的是日本的Hitachi 

公司，它于1982年推出了浮点DSP芯片。

1983年，日本的Fujitsu公司推出的MB8764，其指令周期为120ns 

，且具有双内部总线，从而处理的吞吐量发生了一个大的飞跃。

而第一个高性能的浮点DSP芯片应是AT&

T公司于1984年推出的DSP32。

在这么多的DSP芯片种类中，最成功的是美国德克萨斯仪器公司（Texas 

Instruments，简称TI）的一系列产品。

TI公司在1982年成功推出启迪一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17等，之后相继推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片TMS32C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS32C40/C44，第五代DSP芯片TMS32C50/C51/C52/C53以及集多个DSP于一体的高性能DSP芯片TMS32C80/C82等。

自1980年以来，DSP芯片得到了突飞猛进的发展，DSP芯片的应用越来越广泛。

从运算速度来看，MAC（一次乘法和一次加法）时间已经从80年代初的400ns（如TMS32010）降低到40ns（如TMS32C40），处理能力提高了10多倍。

DSP芯片内部关键的乘法器部件从1980年的占模区的40左右下降到5以下，片内RAM增加一个数量级以上。

从制造工艺来看，1980年采用4μ的N沟道MOS工艺，而现在则普遍采用亚微米CMOS工艺。

DSP芯片的引脚数量从1980年的最多64个增加到现在的200个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加。

此外，DSP芯片的发展，是DSP系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降。

第2部分硬件结构及硬件系统

TMS320C54x（简称’C54x）是TI公司为实现低功耗、高速实时信号处理而专门设计的16位定点数字信号处理器，采用改进的哈佛结构，具有高度的操作灵活性和运行速度，适应于远程通信等实时嵌入式应用的需要，现已广泛地应用于无线电通信系统中。

TMS320C54x的硬件结构主要分为以下几块：

2.1cpu

（1）采用先进的多总线结构，通过1组程序总线、3组数据总线和4组地址总线来实现。

（2）40位算术逻辑运算单元ALU，包括1个40位桶形移位寄存器和2个独立的40位累加器。

（3）17×

17位并行乘法器，与40位专用加法器相连,可用于进行非流水线的单周期乘法-累加运算。

（4）比较、选择、存储单元（CSSU），用于加法、比较、选择运算。

（5）指数编码器，是一个支持单周期指令EXP的专用硬件，可以在单个周期内计算40位累加器中数值的指数。

（6）双地址生成器，包括8个辅助寄存器和2个辅助寄存器算术运算单元（ARAU）。

2.2存储器

（1）可访问的最大存储空间为192K×

16位，即64K字的程序存储器、64K字的数据存储器以及64K字的I/O空间。

（2）片内ROM，可配置为程序存储器和数据存储器。

（3）片内RAM有两种类型，即双寻址RAM（DARAM）和单寻址RAM（SARAM）。

2.3片内外设

（1）软件可编程等待状态发生器。

（2）可编程分区切换逻辑电路。

（3）带有内部振荡器或用外部时钟源的片内锁相环时钟发生器。

（4）支持全双工操作的串行口，可进行8位或16位串行通信。

（5）片内的串行口根据型号不同可分为4种：

单通道同步串行口（SP）、带缓冲器单通道同步串行口（BSP）、并行带缓冲器多通道同步串行口（McBSP）、时分多通道带缓冲器串行口（TMD）。

处理器不同串行口配置也不尽相同。

（6）可与主机直接连接的8位或16位并行主机接口（HPI）。

（7）16位可编程定时器。

（8）6通道直接存储器访问（DMA）控制器。

（9）外部总线关断控制，以断开外部的数据总线、地址总线和控制信号。

（10）数据总线具有总线保持特性。

TMS320C54xDSP的内部硬件结构如下图所示

第3部分指令系统

’C54x指令系统有两种分类方法：

1、按指令的功能分类

2、按指令所要求的周期分类

其中按指令的功能可将’C54x指令系统分为4大类，下面分别对这4大类指令系统做简单介绍。

（1）算术运算指令

算术运算指令是实现数学计算的重要指令集合。

’C54x的算术指令具有运算功能强、指令丰富等特点。

包括：

加法指令（ADD）

减法指令（SUB）

乘法指令（MPY）

乘法-累加/减指令（MAC/MAS）

双字运算指令（DADD）

特殊用途指令

加法指令共有13条如下图所示：

减法指令也包括13条如下图所示

乘法指令

乘法指令共10条如下图所示

（2）逻辑运算指令

逻辑运算指令包括与指令（AND），或指令（OR），异或指令（XOR），移位指令（ROL）和测试指令（BITF）

与指令

与指令有5条如下图所示

或指令

或指令有5条如下图所示

（3）程序控制指令

程序控制指令包括分支指令（B，BC），调用指令（CALL），中断指令（INTR，TRAP），返回指令（RET），重复指令（RPT），堆栈操作指令（FRAME，POP），其它程序控制指令（IDLE，NOP）

分支指令

分支指令有6条如下图所示

调用指令

调用指令有6条如下图所示

（4） 

加载和存储指令 

加载和存储指令包括一般的加载和存储指令（LD，ST），条件存储指令（CMPS，SACCD），并行的读取和乘法指令（LD‖MAC），并行的读取和存储指令（LD‖ST），并行的存储和乘法指令（ST‖MAC），并行的读取和加减指令（LD‖ADD，LD‖SUB）以及其他读取类型和存储类指令（MVDD，PORTW，READA）

．加载指令 

加载指令共21条，见下图

存储指令

存储指令有14条如下所示

第4部分软件开发及CCS集成开发环境

CCS开发流程如下所示：

一、创建一个新工程

1、启动CCS集成开发环境。

2、从Project菜单中选择New命令。

3、ProjectName填volume1。

4、Location填1步创建的那个新文件夹。

5、ProjectType选择Executable（.out）.

6、Target选择你的目标芯片比如TMS320C28XX，然后按“Finish”按钮完成创建一个新工程的任

务。

CCS将创建一个项目文件“volume1.pjt”，该文件保存项目设置，并引用项目中的其它文件。

二、在项目中添加文件

1、执行“Project-->

AddFilestoProject”命令，选择“volume.c”文件，单击“Open”按钮，这样就把文件加入到项目中了。

2、执行“Project-->

AddFilestoProject”命令，在打开的对话框中，文件类型选择汇编语言源文件类型即“（*.a*）”，选择“vectors.asm”和“load.asm”两个文件,单击“Open”按钮，这样就把这两个文件加入到项目中了。

3、执行“Project-->

AddFilestoProject”命令，在打开的对话框中，文件类型选择连接器命令文件类型即“（*.cmd,*.lcf）”，选择“volume.cmd”文件，单击“Open”按钮，这样就把这个文件加入到你的项目中了。

该文件包含内存布局的相关信息。

4、执行“Project-->

AddFilestoProject”命令，在打开的对话框中，首先导航到编译库文件

夹“（C:

\CCStudio_v3.3\c2000\cgtools\lib）”，文件类型选择目标文件和库文件类型即“（*.o*,*.l）”，选择和目标芯片相适应的TI实时支持库（run-timesupportlibrary）文件，对于模拟C28xx目标芯片可选择“rts2800_ml.lib”，单击“Open”按钮，这样就把这个文件加入到你的项目中了。

这个库文件

将为目标芯片提供实时支持。

5、鼠标右键单击“volume1.pjt”，在弹出的菜单中选择“ScanAllFileDependencies”命令，

再仔细观察，“Include”文件夹左边多了一个“+”号，单击“+”号展开“Include”文件夹，发现“volume.h”文件被自动添加到工程里面了。

所以说.h文件不必手动添加，CCS会自动发现并添加它们。

即使不经过第5步，在编译一遍工程以后CCS仍然会自动添加.h文件到工程中。

如果想从工程中移除某个文件，就在项目视图中右键单击该文件，在弹出菜单中选择“Removefrom

Project”命令即可。

该文件被从项目中移除，但并不从磁盘上删除。

在编译程序的过程中，CCS寻找文件时按照以下顺序在相应的目录中查找：

1、包含源文件的路径。

2、编译器或汇编器的“IncludeSearchPath”选项指定的路径（指定多个路径时按从左至右顺序）。

三、编译并运行程序

RebuildAll”命令，CCS开始编译程序，底部的信息窗口将显示编译信息。

2、默认情况下，编译结果生成的.out文件被保存到工程目录的“Debug”文件夹下。

3、执行“File-->

LoadProgram”命令，在弹出对话框内找到编译生成的Volume1.out文件，单

击“打开”按钮，CCS就会把这个文件加载到目标DSP芯片上，同时打开一个反汇编窗口，窗口上显示

了Volume1.out文件的汇编指令。

4、在反汇编窗口中，单击汇编指令的助记符部分，按F1键即可打开关于该指令的帮助信息窗口，

对于不熟悉的汇编指令来说，这是一个很好的获取帮助信息的方法。

5、执行“Debug-->

GoMain”命令，程序开始执行并停止到main函数的位置，仔细观察可以发现

在源文件volume1.c和它的反汇编窗口里面都有一个有颜色的箭头指向main函数开始的位置。

6、执行“Debug-->

Run”命令，程序又继续执行，这时你应该在底部的Stdout窗口中发现main函

数发出的信息“volumeexamplestarted”。

7、执行“Debug-->

Halt”命令，程序停止运行。

8、“View-->

MixedSource/ASM”命令是个切换命令，可以决定是否让C源代码程序中混合显示

相应的汇编命令。

为了进行下一项内容，我们需要把该命令调整到不混合显示的状态。

第5部分DSP应用实例

<

DSP与单片机之间串行通信的设计与实现>

>

TI公司的定点通用数字信号处理器TMS320LF2407A以其强大的功能及优秀的性能价格比而得到了广泛的应用，为了采用单片机进行控制和信息交流，需要设计一个简单的接口，串行接口与并行接口相比，其最大的优点就是减少了使用DSP的引脚数目，降低了接口设计的复杂性。

同时充分利用DSP多功能串行接口和DMA搬移数据的能力，使DSP在处理串口通信时不会占用太多的处理时间，

节约了DSP的资源。

串行通信接口电路设计简单、容易实现,适合通信距离稍远、数据交换不多、传输速率要求不高的场合;

并行通信接口电路设计稍复杂,时序配合要求严格,但传输速率高,适合通信距离短、传输速率要求较高的场合。

本文要讨论的是单片机89C51与TMS320LF2407ADSP之间的通信,并提出了一种简单可行的串行通信方式。

设计复杂双CPU系统的关键是两者之间的接口与数据通信问题。

针对单片机89C51与TMS320LF2407A构成的双CPU系统,本文提出了一种简单可行的串行通信方式。

本文不仅介绍了两者之间的硬件连接示意图,而且完成了两者通信的初始化设置,并且给出了完整的串行通信的软件流程图。

硬件设计方面

89C51单品机有两个功能强打的全双工串行口可以同时接收和发送数据。

串行口主要由2个物理上独立的串行数据缓冲器SBUF.发送控制器。

接收控制器。

输入移位寄存器和输出控制门组成。

串行口是可以编程的接口,可以通过指令对SBUF的读写来区别是对发送缓冲器还是接收缓冲器的操作。

串行口的4种工作方式中，串行通信只使用方式1、2、3。

方式0主要用于扩展并行输入输出口。

下面只介绍方式1。

在方式1状态下，串行口为8位异步通信接口。

一帧信号为10位：

1位起始位（0），8位数据（低位在先）和1位停止位

（1）。

TXD为发送位，RXD为接收端。

波特率不变。

TMS320LF2407ADSP内部有串行外设接口SPI和异步串行接口SCI。

SPI总线是一种三线（即时钟、发送和接收）同步总线,硬件功能很强。

SCI是一个标准的通用异步接受/发送（UART）通信接口,支持DSP和其他使用标准NRZ（非归零）格式的异步外设之间的异步串行数字通信,数据的传送只需要两根线,在硬件电路方面更容易设计实现。

在本系统中,利用SCI实现单片机与DSP通信的原理示意图如下所示。

单片机与DSP通信的原理示意图

其中MAX232A是RS-232C双工发送器/接收器接口芯片。

该芯片与TTL/CMOS电平兼容,使用比较方便。

SCIRXD、SCITXD分别是TMS320LF2407ADSP的SCI接收数据引脚和发送数据引脚;

RXD、TXD分别是单片机89C51的串行口输入端和串行口输出端。

软件设计方面

要实现串行异步通信，收发双方必须进行初始化设置，规定好字符格式，波特率等。

单片机对串行口的初始化可通过将控制字写入串行口控制寄存器SCON和电源控制寄存器PCON进行。

把单片机设置成工作方式1，接收允许。

TMS320LF2407ADSP利用SCI与单片机89C51进行通信的软件流程下图所示

参考文献

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清华大学出版社，2012.

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清华大学出版社，2005.

[5]丁玉美，高西全. 

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西安电子科技大学出版社，2004.

期刊文章附于此