河南工业大学DSP课程论文.docx

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河南工业大学DSP课程论文

Ti公司DSP芯片特点、技术发展历程和现状及其应用实例分析

一．Ti公司DSP芯片的特点

TI公司自从1982年成功推出第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品后又相继推出了第二代，第三代直到目前的第六代，成为DSP生产商的代表，生产的产品很多，还有了自己的一系列特色产品，其主要DSP系列产品的特点如下：

（1）DSPC2000：

具有很好的性能，将Flash存储器，高速A/D转换器以及可靠的CAN模块等各种高级数字控制功能集成在一颗IC上，有强大的数据处理和控制能力，28x是目前控制领域最高性能的处理器，具有精度高，速度快，集成度高等特点，为不同控制领域提供了高性能的解决方案。

C2000系列DSP是比8位或16位微控制器（MCU）速度更快，更加灵活，功能更强，面向控制的微处理器。

（2）DSPC5000：

最低功耗，具有杰出的性能和优良的性价比，C5000是专门针对消费类数字市场而设计的，尤其用于通信领域，并且功耗很小最低功耗为0.33mA/MHz，可用于便携式产品，如数字随身听，GPS接收器，便携式医疗设备，3G移动电话，数码相机等。

（3）DSPC6000：

该系列有TI公司在1997年开始推出，采用TI的专利技术VeloiTI和最新的超长指令结构，这使它有很强的处理能力，C6000是处理能力非常强，易于采用高级语言编程的DSP，定点及浮点DSP市场定位在网络交换，图像处理，雷达信号处理等，64x的CPU运行速度超过1GHz，为高端的应用提供了最佳解决方案。

二．Ti公司技术发展历程

自从20世纪70年代末80年代初DSP芯片诞生以来，DSP芯片得到了飞速的发展。

DSP芯片的高速发展，一方面得益于集成电路技术的发展，另一方面也得益于巨大的市场。

在近20年时间里，各种各样的DSP器件已相当丰富。

大大小小封装形式的DSP器件，已广泛应用在信号处理、通信、雷达等许多领域。

目前，DSP芯片的价格越来越低，性能价格比日益提高，具有巨大的应用潜力。

德州仪器（TI（TexasInstruments））是全球领先的数字信号处理与模拟技术半导体供应商，亦是推动因特网时代不断发展的半导体引擎。

作为实时技术的领导者，TI正在快速发展，在无线与宽带接入等大型市场及数码相机和数字音频等新兴市场方面，TI凭借性能卓越的半导体解决方案不断推动着因特网时代前进的步伐！

嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是TI的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。

TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。

DSP56000目前已经发展成为DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。

另外PHILIPS公司今年也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造的REALDSP处理器，特点是具备双Harvard结构和双乘/累加单元，应用目标是大批量消费类产品。

DSP应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化。

在以往的二十年中，这一进程在不断重复进行，只是周期在不断缩小。

在数字信息时代，更多的新技术和新产品需要快速地推上市场，因此，DSP的产业化进程还是需要加速进行。

DSP应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化。

在以往的二十年中，这一进程在不断重复进行，只是周期在不断缩小。

在数字信息时代，更多的新技术和新产品需要快速地推上市场，因此，DSP的产业化进程还是需要加速进行。

TI的DSP产品系列发展历程：

（1）TMS320C2000系列包括C24x和C28x系列。

C24x系列建议使用LF24xx系列替代C24x系列，LF24xx系列的价格比C24x便宜，性能高于C24x，而且LF24xxA具有加密功能。

C28x系列主要用于大存储设备管理，高性能的控制场合。

（2）TMS320C3x系列包括C3x和VC33，主要推荐使用VC33。

C3x系列是TI浮点DSP的基础，不可能停产，但价格不会进一步下调。

（3）TMS320C5x系列已不推荐使用，建议使用C24x或C5000系列替代。

（4）TMS320C5000系列包括C54x和C55x系列。

其中VC54xx还不断有新的器件出现，如：

TMS320VC5471（DSP＋ARM7）。

C55x系列是TI的第三代DSP，功耗为VC54xx的1/6，性能为VC54xx的5倍，是一个正在发展的系列。

C5000系列是目前TIDSP的主流DSP，它涵盖了从低档到中高档的应用领域，目前也是用户最多的系列。

（5）TMS320C6000系列包括C62xx、C67xx和C64xx。

此系列是TI的高档DSP系列。

其中C62xx系列是定点的DSP，系列芯片种类较丰富，是主要的应用系列。

C67xx系列是浮点的DSP，用于需要高速浮点处理的领域。

C64xx系列是新发展，性能是C62xx的10倍。

（6）.OMAP系列是TI专门用于多媒体领域的芯片，它是C55＋ARM9，性能卓越，非常适合于手持设备、Internet终端等多媒体应用。

（7）TI的DaVinci（达芬奇）处理器系列基于TMS320C64x+?

DSP内核，还包括可升级、可编程的数字信号处理SoC、加速器和外设。

达芬奇处理器包括：

TMS320DM3x、TMS320DM647/TMS320DM648、TMS320DM643x、TMS320DM644x、TMS320DM646x等系列。

以TMS320DM644x系列为例，该系列处理器是高度集成的SoC，基于ARM926处理器和TMS320C64x+DSP内核，包括TMS320DM6446、TMS320DM6443和TMS320DM6441等处理器。

三．Ti公司的发展现状

TI公司的一系列DSP产品是当今世界上最具有影响的DSP芯片，而发展至今也形成自己的特色产品，现在在不断的完善着自己的产品，不断的完善着服务，所以发展至今形成了很多运用很广泛，很实用的产品，比如说有以下几种:

1.TMS320C2000

TMS320C2000系列包括C24x和C28x系列。

C24x系列建议使用LF24xx系列替代C24x系列,LF24xx系列的价格比C24x便宜,性能高于C24x,而且LF24xxA具有加密功能。

C28x系列主要用于大存储设备管理,高性能的控制场合。

2.TMS320C3x

TMS320C3x系列包括C3x和VC33,主要推荐使用VC33。

C3x系列是TI浮点DSP的基础,不可能停产,但价格不会进一步下调。

3.TMS320C5x

TMS320C5x系列已不推荐使用,建议使用C24x或C5000系列替代。

4.TMS320C5000

TMS320C5000系列包括C54x和C55x系列。

其中VC54xx还不断有新的器件出现,如：

TMS320VC5471（DSP＋ARM7）。

C55x系列是TI的第三代DSP,功耗为VC54xx的1/6,性能为VC54xx的5倍,是一个正在发展的系列。

C5000系列是目前TIDSP的主流DSP,它涵盖了从低档到中高档的应用领域,目前也是用户最多的系列。

5.TMS320C6000

TMS320C6000系列包括C62xx、C67xx和C64xx。

此系列是TI的高档DSP系列。

其中C62xx系列是定点的DSP,系列芯片种类较丰富,是主要的应用系列。

C67xx系列是浮点的DSP,用于需要高速浮点处理的领域。

C64xx系列是新发展,性能是C62xx的10倍。

6.OMAP

OMAP系列是TI专门用于多媒体领域的芯片,它是C55＋ARM9,性能卓越,非常适合于手持设备、Internet终端等多媒体应用。

OMAP应用处理器提供各种Cortex-A8内核组合、具有丰富多媒体功能的外设、OpenGL®ES2.0兼容图形引擎、视频加速器和TMS320C64x+DSP内核。

模块化和可扩展的OMAP35x评估模块（EVM）提供了当前在OMAP3503处理器（包括基于2.6.22内核的OMAP3503Linux板级支持包）上进行开发所需的所有组件。

OMAP35x处理器、OMAP-L1x处理器。

四．实例分析

基于双DSP并行处理系统的硬件设计

4.1系统的功能描述

并行处理系统是由一组处理单元组成,每个处理单元都具有自己的程序和数据,并可以通过相互之间的通信与协作以更快的速度共同完成一项大规模计算任务的一套处理系统。

该系统的主要目标是实现扩大系统性能,整个任务被分成若干子任务,利用一个全局的操作系统来安排,控制和同步各个子任务的活动,这不只是有效利用了某个或某些独立的系统部件,而是使得整个系统处于一个“平衡”状态,即无论何时的工作负荷都可均匀地散布到所有系统部件中。

所以,从理论上说,并行处理系统具有无限扩展和改进的能力。

一般而言,在并行处理系统中（以主从式系统为例）,主机控制从机的复位、运行和挂起,从机在主机的控制下完成所分担的一部分工作。

主机将从外部获得的数据交由从机处理,而从机则将处理后的有关结果传递给主机,由主机将处理结果发送至其他系统。

并行处理系统设计的主要目的是:

①开发任务中的内在并行性。

所有任务都可能被散布到若干处理单元中去执行,以减少任务执行时间;②多个处理单元之间通过互相传送信息,来加强它们在任务执行时的相互合作。

4.2　基于双DSP并行处理系统的硬件设计

4.2.1　双DSP主从式系统设计方案

主从式DSP嵌入式系统结构是在典型DSP嵌入式系统基础之上,由两个DSP共同工作。

其中一个作为主处理器,另外一个为从处理器。

笔者所设计的控制系统是基于双TMS320F2812芯片的结构。

由一块DSP完成输入信号的采样和滤波,另一块DSP则完成指令信号的计算和输出控制。

图1给出了系统的基本框图。

整个系统由信号调理单元、A/D转换单元、DSP实时信号采样处理单元、后期数据处理及分析单元、人机接口单元等几个主要部分构成。

　从传感器传回的信号是一电流信号,因此在信号调理电路的入口端对地接入一个电阻,将电流信号转变成电压信号,电压信号再经抗混叠滤波、隔离、放大、电平移位、增益调整等信号调理,随后进入A/D芯片将模拟信号转换为数字信号,然后通过1/0总线进入数字信号处理器。

数据采集通道如图2所示。

作为从处理器的DSP实现对信号进行数字滤波、频率的测量以及采样频率的调整和FFT运算,然后通过主机HPI把数据传递给主处理器进行进一步的分析、存储、显示和上传通信等处理。

由于采用了双DSP结构,这就保证了一个DSP可以实现对信号的连续不间断采样,以达到事件记录、连续分析的要求,同时另一个DPS可以实现对数据的后期处理和分析,提供相应的通信接口以实现数据远传和系统组网和实现数据共享的需求。

4.2.2　TMS320F2812介绍

TMS320F2812是TI公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的32位定点DSP芯片。

这种芯片针对数字控制系统应用做了优化设计,具有增强的电机控制外设、高性能的模数转换能力和通信接口,是到目前为止用于数字控制领域性能非常好的DSP芯片。

TMS320F2812系统组成包括:

150MHz、每秒150×l06条指令的低电压3.3VCPU,片内存储器,中断管理模块,事件管理器模块,片内集成外围设备等。

F2812芯片中的事件管理器模块提供了强大的控制功能,特别适合运动控制和电机控制等领域。

F2812芯片有2个事件管理器模块,每个事件管理器有两个通用定时器。

GP1和GP2为事件管理器A的定时器,GP3和GP4为事件管理器B的定时器。

每个定时器可独立使用也可多个定时器彼此同步使用;每一个事件管理器可以同时产生8路脉宽调制（PWM）信号,包括3对由完全比较单元产生的死区可编程PWM信号以及由通用定时器比较器产生的2路独立的PWM信号;事件管理器共6个捕获单元,每个事件管理器3个,每个捕获单元都有相应的捕获输入引脚。

每个事件管理器模块都有一个正交编码脉冲（QEP）电路,如果QEP电路被使能,可以对相应引脚上的正交脉冲进行解码和计数。

QEP电路可用于连接一个光电编码器获得电机的位置和速率等信息。

4.2.3　双DSP处理模块的结构

利用TMS320VC5402+TMS320F2812在该系统中构建了双DSP结构燃烧控制系统的硬件体系,通过在2片DSP芯片之间合理地分配与协调任务以及数据处理等功能,较好地解决了系统连续采样与信号处理、数据存储、突发事件记录之间的矛盾,保证了测量与监测的连续性,并且设计实现了数据采集、A/D转换、信号调理、液晶显示、数据通信接口等硬件电路。

双DSP模块如图3所示。

　从处理器完成的主要功能是:

优化算法运算,承担系统的核心运算任务;将采样值、信号频率以及FFT结果通过主机接口SPI发送给主DSP,实现与主DSP的即时通信。

主处理器TMS32F02812完成的主要功能是:

从外部获得的数据交由从机处理,实现外部缓存数据到片内的搬移,为DSP高速批处理开辟片内二级缓存;实现与从DSP的即时通信,接收外部命令与目标参数;实现键盘控制与屏幕显示,以达到控制与管理整个系统的目的。

为了减少通信中断次数,保证数据快速可靠传输,采用SPI的FIFO模式。

发送或者接收数据可以采用中断方式。

TMS320F2812内核为外部设备提供45个中断。

中断源指示使用RAM内的外设中断向量表（PIEVectorTable）。

F2812SPI模块在FIFO模式下,数据的接收和发送可分别通过设置SPIFFRX和SPIFFTX的相关位来使能中断。

在PIE向量表中,SPI的接收中断为INT6.1,发送中断为INT6.2。

4.2.4　人机接口模块

人机接口是系统中一个非常重要的部分,是与用户交互的平台。

该模块采用大屏幕点阵液晶显示,轻触式按键来方便用户的操作,如图4所示。

该系统选用图形点阵液晶显示器AM12864A-G模块。

它是一种128×64点阵图形液晶显示器,主要由行驱动器、列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成,可完成单色图形显示,也可以显示大小为16×6l点阵的8列4行的汉字,并且它与DSP的接口电路简单,控制灵活方便。

通过液晶显示模块可实时显示系统运行状态、显示用户设定参数和菜单提示信息及报警情况等,用户可通过按键来更改系统的报警值及切换显示状态。

4.2.5　双DSP任务配置

实际工作时,从DSP接收送来的数字信号,快速实现测点数据采样、平滑、滤波处理,优化出最佳曲线图。

主DSP则通过系统设计的屏幕显示、通讯管理等功能,按照给定的控制模式和控制参数进行控制。

实验表明:

这种双DSP并行处理系统,可以更加快速、准确地调整电机的运行状况,从而有效地提高效率,达到高性能控制的目的。

4.3　软件实现

T1公司的DSP芯片既可以使用汇编语言,也可以使用C语言进行软件开发。

多数情况下,考虑到软件的可移植性问题,应尽量采用C语言进行开发。

基于双DSP的硬件平台,利用专用DSP软件的开发环境CCS,设计并实现采样、FFT处理、SPI通信程序等相关软件程序。

采样是在PWM中断服务程序中的,进入定时器1的下溢中断后,就选择采样通道并开始A/D转换,这个是通过配置DSP的模拟数字转换控制寄存器ADCTRL1来实现的,然后将数据移位后放入累加器,再进行定标后,将数据放入数据寄存器。

采样程序流程如图5所示。

　如图6所示接收数据流程图,由于控制的实时性,对数据可靠性要求高。

对于SPI通信,由于是主控制器控制着SPICLK信号,所以在任一时刻启动数据发送,同时从控制器也开始了数据接收,使得数据接收的误码率很低。

5　总　结

通过这次设计让我更加深刻体会到了DSP在设计中的广泛应用，在设计过程中我翻阅的大量资料，同时在同学们的帮助下完成了自己的DSP设计，在设计的过程中不断的为自己充电，学到了很多DSP的知识。

并且从更深层次理解了设计的内涵。

通过多次调试，现在系统运行的速度比较快，灵活性很强，并且当控制算法中存在并行任务时双DSP系统更是可以并行不悖的处理,使计算结果无需等待而直接进入下一个环节,提高了系统的响应能力。

同时考虑到系统的设计成本，比较划算。

经过多次调试，系统运行良好，暂无发现有需要调试的地方，等在以后使用过程中再发现并解决问题。