基于dsp的语音信号编码器 - 图文(3)

DSP 芯片,即数字信号处理芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速的实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有一下主要特点: (1)在一个指令周期内可以完成一次乘法和一次加法。 (2)程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。 （3）片内具有快速RAM，通常可以通过独立的数据总线在两块中间同时访问。 （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，取址、译码和执行等操作可以并行执行。

与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。但是，近年来新推出的DSP芯片已经将通用微处理器的一些功能集成在芯片中，DSP芯片已经可以实现普通未处理器的功能。

2.2.1 DSP芯片主要特点:

(1)哈佛结构

哈佛结构是不同于传统的冯·诺依曼结构的并行结构。其主要的特点是具有独立的数据存储空间和程序存储空间，即程序存储器和数据存储器。每个存储器独立编址，独立访问。相应地，系统中设置了独立的程序总线和数据总线，CPU能并行地进行数据访问和指令读写，从而提高了系统的运算速度。而冯·诺依曼结构则是将指令、数据、地址存储在同一存储器空间中，统一编址，依靠指令计数器提供的地址来区分是指令、数据，还是地址。取指和取数据都访问同一存储器，数据吞吐率低。冯·诺依曼结构和哈佛结构分别如图 CPU 程序 数据 存储器 存储器

早期DSP芯片采用的基本哈佛结构无法实现对多个数据存储器的访问操作，也无法实现单指令周期的多操作数指令。为了进一步提高CUP的运行速度，TM3s20系列芯片在基本的哈佛结构上又作了改进，即采用了改进的哈佛结构。使得程序代码和数据存储空间之间可以进行数据的传送。

（2）流水线操作

在执行一条指令时，总要经过取指、译码、取数和执行等步骤，因此需要若干个指令周期才能完成。流水线操作是将各指令的各个步骤重叠起来执行，而不必一条指令完成后，才开始执行下一条指令。在流水线操作中，一个任务被分解为若干个子任务。各个子任务在执行时可以相互重叠，即在一条指令完成第一个

子任务，执行第二个子任务时，则下一条指令同时进行第一个子任务的处理，依次类推，以便使指令周期减小到最小值。如图为4级流水线操作示意图

取指 译码 取指 取数 译码 取指 执行 取数 译码 取指 执行 取数 译码 执行 取数 执行

4级流水线操作

DSP芯片广泛采用流水线以减少指令的执行时间，从而增强了处理器的处理能力。TMS320加系列DSP芯片采用2-6级不等深度的流水线，则可以同时并行处理2-6条指令，每条指令处于流水线上的不同阶段。在理想状态下，k段流水线能在+k(~)l个周期内处理n条指令。但是由于程序中存在数据相关、程序分支、中断及其它的一些因素，这种理想情况很难达到。

(3)多总线结构

DSP采用了多总线的结构，这样可以保证在一个机器周期内多次访问程序空间和数据空间。C54x内部有P、C、D和E四种总线，每种总线又包括地址总线和数据总线。DSP处理器可以在一个机器周期内从程序存储器取1条指令、从数据存储器读2个操作数或向数据存储器写1个操作数，提高了DSP的运行速度。

(4)多处理单元结构

DSP内部有多个处理单元，如算术逻辑单元(ALU)、辅助寄存器运算单元(ARAU)、累加器(ACC)和硬件乘法器(MUL)等。这些单元可以在一个指令周期内同时进行计算。

在数字信号处理中，乘法和加法是最基本的运算。如数字滤波、FFT、卷积和相关等常用的数字运算中，有大量的乘加操作。因此，提高乘加运算也就能很好地提高DSP芯片的运算性能。与通用计算机的软件实现不同，在DSP芯片中，有专门的硬件乘法器，使得乘法操作可以在一个指令周期内完成，从而提高了DSP的运算速度。此外，DSP的多处理单元结构还可以利用硬件来实现一些特殊的算法，如FFT位倒序寻址和取模运算等。

(5)特殊的指令集

为了更好地满足数字信号处理算法的需要，不同系列的DSP芯片都具备一些特殊的DSP指令，以完成一些专门的运算。例如，FIRS和LMS指令，适用于系数对称的FIR滤波器和LMS算法。

(6)丰富的外设

为了系统实现的方便，各种型号的DSP都设置了丰富的外设。主要包括:时钟发生器;定时器;通用I/O口;软件可编程等待状态发生器;串行口;DMA控制器;

主机接口和JTAG边界扫描逻辑电路。

2.2.2 芯片结构及性能介绍

TMS320C2000系列是美国TI公司推出的最佳测控应用的定点DSP芯片，其

主流产品分为四个系列：C20x、C24x、C27x和C28x。

TMS320C28x系列是TI公司最新推出的DSP芯片，是目前国际市场上最先进、功能最强大的32位定点DSP芯片。它既有数字信号处理能力，又具有强大的时间管理能力和嵌入式控制功能，特别适用于有大批量数据处理的测控场合，如工业自动化控制、电力电子技术应用、智能化仪器仪表及电机、马达伺服控制系统等。

C28x系列的主要芯片种为TMS320F2810和TMS320F2812。两种芯片的差别是：F2812内含128K*16位的片内Flash存储器。有外部存储器接口，而F2810仅有64K*16位的片内Flash存储器，且无外部存储器接口。

特征 F2810 F2812 SRAM（16 位/字） 18K 18K 3.3V片内Flash（16位/字） 64K 128K 片内Flash/SRAM的密钥 有 有 BootROM 有 有 掩膜ROM 有 有 外部存储器接口 无 无 事件管理器A和B（EVA和EVB） EVA、EVB EVA、EVB 通用定时器 4 4 比较寄存器/脉宽限制 16 16 捕获/正交解码脉冲电路 6/2 6/2 看门狗定时器 有 有 12位的ADC 有 有 通道数 16 16 32位的CPU定时器 3 3 串行外围接口 有 有 串行通信接口（SCI）A和B SCIA、SCIB SCIA、SCIB 控制器局域网络 有 有 多通道缓冲串行接口 有 有 数字输入/输出引脚(共享) 有 有 外部中断源 3 3 供电电压 核心电压1.8V 核心电压1.8V I/O电压3.3V I/O电压3.3V 封装 128针PBK 179针GHH，176针PGF 温度选择：A：-40℃～+85℃ PBK仅适用于PGF和GHB仅适用于B ：-40 ℃～+125℃ TMS TMS 产品状况 AI AI 产品预览（PP） （TMP） （TMP） 高级信息（ AI） 产品数据（PD）

代码保护的模块

图1-1 C28x功能框图

注：+ 器件上提供96个中断，45个可用；+ XINTF在F2810上不可用。

TMS320F2812的主要特点：

1）采用高性能静态CMOS制造工艺

--主频达150MHZ(时钟周期6.67ns)

--低功耗(150MHz核电压1.9V,135MHz以下核电压1.8V,I/O口电压3.3V)

--Flash 编程电压为3.3V 2）支持JTAG 边沿扫描 3）高性能32位CPU

--16×16和32×32乘积累加操作 --16×16双乘积累加器

--程序和数据空间分开寻址(哈佛总线结构) --快速中断响应和处理 --统一寄存器编程模式 --可达4M的线性程序地址 --可达4M的线性数据地址

--高效的代码转换能力(支持C/C++和汇编语言) 4） 片上存储器

--有多达128K×16的FLASH存储器 -或有多达128K×16的ROM 5）外部存储器接口

--有多达1MB的寻址空间 --三个独立的片选端 6）时钟与系统控制

--支持动态的 …… 此处隐藏：2452字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……