1、第2章 TMS320C6000 DSP芯片概述數(shù)字信號處置器原理A西安郵電大學(xué) 通訊與信息工程學(xué)院 2021年3月.目 錄第2章 TMS320C6000 DSP芯片概述 2.1 DSP芯片概述 2.1.1主要類型 2.1.2 TI公司的DSP芯片 2.1.3 TI公司DSP芯片的命名規(guī)那么 2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.1 DM642概述 2.2.2 DMS642的器件特性 2.2.3 DM642原理框圖 2.2.4 DM642的運用領(lǐng)域 .本章學(xué)習(xí)目的了解DSP芯片的分類; 了解TI公司的DSP芯片類型；掌握TI公司芯片的命名規(guī)那么；掌握DM642芯片的器件特性、原

2、理框圖；了解DM642芯片的運用領(lǐng)域；知識要點： DM642的器件特性、原理框圖。.前 言隨著信息技術(shù)的高速開展，數(shù)字信號處置器(Digital Signal Processor，DSP)的運用范圍越來越廣，普及率越來越高;DSP的運用領(lǐng)域主要包括：圖形圖像領(lǐng)域如圖形變換、圖像緊縮、圖像傳輸、圖像加強、圖像識別等自動化控制領(lǐng)域如導(dǎo)航和定位、振動分析、磁盤驅(qū)動、激光打印、機器人控制等消費電子領(lǐng)域如智能玩具、掃描儀、機頂盒、VCD/DVD、可視、機等.前 言電子通訊領(lǐng)域如蜂窩、IP、無線調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字語音嵌入等語音處置領(lǐng)域如語音綜合、語音加強、語音識別、語音編碼等工業(yè)運用領(lǐng)域如數(shù)字控制、機器人技

3、術(shù)、在線監(jiān)控等儀器儀表領(lǐng)域如數(shù)字濾波器、函數(shù)發(fā)生器、瞬時分析儀、頻譜分析儀、數(shù)據(jù)采集儀器等醫(yī)療器械領(lǐng)域如診斷設(shè)備、助聽器、病情監(jiān)控器、心電圖設(shè)備、超聲設(shè)備等軍事領(lǐng)域如導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)航、雷達、嚴(yán)密通訊等.2.1 DSP芯片概述2.1.1 主要類型DSP芯片主要分為以下兩大類： (1) 公用DSP芯片這類芯片被設(shè)計和加工成獨立的電路模塊，只能完勝利能單一的義務(wù)；它們的運用場所比較特殊，通常運用于高速信號處置環(huán)境中，如執(zhí)行FFT運算、數(shù)值濾波運算、卷積運算等；公用DSP芯片經(jīng)過硬件邏輯實現(xiàn)信號處置算法，而不是采用內(nèi)部編程的方法；這種機制保證了芯片的執(zhí)行效率、提高了其運算速度；公用DSP芯片在運用中無須

4、程序設(shè)計。只需根據(jù)其功能設(shè)計外圍電路即可。 .2.1 DSP芯片概述2.1.1 主要類型DSP芯片主要分為以下兩大類： (2) 通用可編程數(shù)字信號處置器 Programmable Digital Signal Processor；這類芯片經(jīng)過嵌入內(nèi)部的程序來調(diào)用本身的硬件資源；運用起來更加靈敏，運用領(lǐng)域也更加廣泛。.2.1 DSP芯片概述DSP與單片機之間的聯(lián)絡(luò)與區(qū)別：狹義上講DSP是一種“更高級別的單片機它有著和單片機類似的輸入輸出引腳、定時器、計數(shù)器、外設(shè)接口、數(shù)據(jù)地址總線等，兩者在功能組織方面存在著很多類似之處。DSP和單片機在運用領(lǐng)城中也有重疊的區(qū)域，比如二者均可以用在自動控制、信號處

5、置和通訊等領(lǐng)域，它們在這些領(lǐng)域中所起的作用扮演的角色也類似。但是，從深層次上分析，DSP和單片機之間又存在本質(zhì)上的不同，表現(xiàn)為以下幾個方面：.2.1 DSP芯片概述DSP與單片機之間的聯(lián)絡(luò)與區(qū)別：硬件資源方面的不同之處DSP具有較高的主頻，DSP主頻普通為幾百兆赫，單片機的主頻通常為幾兆赫到幾十兆赫，DSP主頻遠遠高于單片機主頻DSP和單片機在主頻上的差別決議了兩者在處置數(shù)據(jù)速度上的宏大差距;在硬件構(gòu)造方面，DSP具有更多的數(shù)據(jù)總線和地址總線，并行處置數(shù)據(jù)的才干更加強大，DSP器件的數(shù)字信號處置功能表現(xiàn)尤為突出，TMS320DM642強大的視頻處置功能就是一個典型的例子。.2.1 DSP芯片概

6、述DSP與單片機之間的聯(lián)絡(luò)與區(qū)別：處置事務(wù)才干方面的不同之處DSP擁有強大且高效的硬件資源，其運用領(lǐng)域廣、運用層面高，DSP的運用范圍已遠遠超越了單片機的運用范圍；DSP可以處置更加復(fù)雜的綜合性事務(wù)，涉及視頻、音頻、網(wǎng)絡(luò)、圖形圖像等多種領(lǐng)域。以上比較可協(xié)助讀者更好地了解DSP芯片的功能和作用。運用系統(tǒng)運用DSP芯片還是單片機應(yīng)視詳細環(huán)境和要求而定，雖然DSP芯片擁有較高的運算速度，但DSP電路系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜，研發(fā)本錢高，所以并不是一切的場所都適宜選用DSP芯片。 .2.1 DSP芯片概述DSP的主要消費廠商DSP芯片的消費廠家很多，類型多樣，主要的產(chǎn)品如表2-1所示 .2.1 DSP芯片概述2.

7、1.2 TI公司的DSP芯片 TI公司是DSP芯片的主要消費廠家之一；該公司研發(fā)出多款高性能的DSP產(chǎn)品，例如：定點型DSP芯片C1x、C2x、C2xx、C5x、C54x和C6x等；浮點型DSP芯片C3x、C4x、C67x等；多處置器型DSP芯片C8x等。從DSP芯片出現(xiàn)的先后順序來看，TT公司的DSP產(chǎn)品主要閱歷了7個開展階段，如表2-2所示： .2.1 DSP芯片概述TT公司的DSP產(chǎn)品的7個開展階段：.2.1 DSP芯片概述TT公司的DSP產(chǎn)品的7個開展階段：.2.1 DSP芯片概述TT公司的DSP產(chǎn)品的7個開展階段：.2.1 DSP芯片概述從功能上來劃分，TI公司的DSP芯片主要包括如

8、下4個系列：TMS320C2000TMS320C3000TMS320C5000TMS320C6000.2.1 DSP芯片概述MS320C2000系列DSP芯片：硬件構(gòu)造更多地思索了工業(yè)運用環(huán)境，適宜在機電控制、電力電子系統(tǒng)中運用，如照明控制、光纖網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動化等相關(guān)產(chǎn)品。TMS320C3000系列DSP芯片：適宜在數(shù)字音頻、激光打印機、掃描儀、讀碼器、視頻會議、工業(yè)自動化、機器人和伺服控制產(chǎn)品中運用。 .2.1 DSP芯片概述TMS320C5000系列DSP芯片：適宜通訊設(shè)備的開發(fā)，如媒體播放器、3G、電子圖書、無線Modem、GPS接納安裝、指紋識別系統(tǒng)等；TMS320C6000系列DSP

9、芯片：硬件構(gòu)造功能強大，適用于高速信號處置設(shè)備中，如圖像圖形處置、無線網(wǎng)絡(luò)、多媒體網(wǎng)關(guān)、寬帶視頻轉(zhuǎn)換器、視頻主/從方式效力器和網(wǎng)絡(luò)相機等。.2.1.3 TI公司DSP芯片的命名規(guī)那么TI公司的DSP芯片類型多樣，在選擇DSP芯片時一定要仔細區(qū)分芯片外表的標(biāo)識，以免選錯器件；以TMS32OC6412型DSP芯片為例，引見TI公司DSP芯片的命名規(guī)那么，TMS320C6412芯片的符號含義如下： .2.1.3 TI公司DSP芯片的命名規(guī)那么.2.1.3 TI公司DSP芯片的命名規(guī)那么.2.1.3 TI公司DSP芯片的命名規(guī)那么.2.1.3 TI公司DSP芯片的命名規(guī)那么.2.2 TMS320DM6

10、42 DSP芯片概略 前言TMS320DM642是TI公司于2003年左右推出的一 款32位定點DSP芯片，主要面向數(shù)字媒體，屬于C6000系列DSP芯片; DM642保管了C64x原有的內(nèi)核機構(gòu)及大部分外設(shè)的根底上添加了3個雙通道數(shù)字視頻口，可同時處置多路數(shù)字視頻流。.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.1 DM642概述TMS320C64x DSP芯片包括TMS320DM642的安裝是TMS320C6000 DSP平臺上具有最高性能的定點DSP；TMS320DM642 (DM642)是基于由德州儀器TI開發(fā)的超長指令字(VLIW)構(gòu)造，因此DM642芯片是數(shù)字媒體運用的

11、最優(yōu)選擇。.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.1 DM642概述DM642 在主頻720MHz 下處置速度到達5760MIPS，C64x DSP核具有64個32位字長的通用存放器和8 個獨立的功能單元;DM642 每周期可以提供4個16位MACs，每秒可提供2880百萬個MACs，或者8個8位MACs，每秒5760M MACs。.DM642的構(gòu)造框圖The PCI peripheral is muxed with the HPI(32/16), EMAC,and MDIO peripherals. The Video Port 0 (VP0) peripheral is

12、muxed with the McBSP0 peripheral and the McASP0 control pins. The Video Port 1 (VP1)peripheral is muxed with the McBSP1 peripheral and the McASP0 data pins. .2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.1 DM642概述DM642具有一個兩層的緩存構(gòu)造和一個強大且多樣的外設(shè)設(shè)備；第一層的程序緩存L1P是一個128比特的直接映射緩存，第一層的數(shù)據(jù)緩存L1D是一個128比特的2路組相連高速緩存；第二層的存儲器/緩存(L2)是由被程

13、序和數(shù)據(jù)空間共享的2兆比特的存儲空間組成；第二層的存儲器可以由映射存儲器、緩存或由二者混合組成。.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.1 DM642概述DM642外圍設(shè)備包括：3個可配置的視頻端口；1個10/100 Mb/s的以太網(wǎng)媒體訪問控制EMAC；1個管理數(shù)據(jù)輸入/輸出(MDIO)模塊；1個VCXO內(nèi)插控制端口(VIC)；1個多通道緩沖音頻串口(McASP0)；1個集成電路接口模塊；2個多通道緩沖穿行端口(McBSPs)；.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.1 DM642概述3個32比特的通用定時器；1個用戶可以配置的16比特或32比特的主機口界

14、面(HPI16/HPI32)；1個外設(shè)銜接接口(PCI)；1個16腳的具有程序可控的中斷/時間生成方式的通用輸入/輸出口(GP0)；1個內(nèi)可以和同步、異步存儲器以及外設(shè)相聯(lián)的無縫銜接的外部存儲接口EMIFA。.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.1 DM642概述 DM642具有3個可配置的視頻端口外設(shè)(VP0, VP1, VP2)：通用的視頻解碼與編碼設(shè)備提供了一個無縫銜接的接口；DM642視頻端口外設(shè)支持多分辨率和視頻規(guī)范例如：CCIR601, ITUBT.656, BT.1120, SMPTE 125M, 260M, 274M, and 296M；3個視頻端口(VP0

15、, VP1, VP2)外設(shè)是可以配置的，并且支持視頻捕捉和視頻演示方式；每個視頻端口由兩個通道組成(A和B),每個通道具有一個5120字節(jié)捕捉/顯示的緩沖區(qū)。.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.1 DM642概述 DM642的多通道緩沖音頻串口McASP0：提供了一個發(fā)射和一個接受時鐘區(qū)，有8個串行數(shù)據(jù)引腳，可以分別設(shè)置到這兩個區(qū)域；DM642擁有足夠的帶寬支持8個串行數(shù)據(jù)腳傳送192 kHz的立體聲信號；此外，McASP0可以同時地被編程為輸出多種S/PDIF, IEC60958, AES-3,CP-430編碼數(shù)據(jù)通道；McASP0也具有過失檢查和恢復(fù)特征，比如可檢測不

16、利高頻主時鐘的時鐘探測電路，它可以檢驗主時鐘能否在一個可編程頻率范圍內(nèi)。 .2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.1 DM642概述VCXO內(nèi)插控制(VIC)端口提供了分辨率為9比特到16比特數(shù)模轉(zhuǎn)換。VIC的輸出是一個比特內(nèi)插D/A輸出。以太網(wǎng)媒體接入控制器(EMAC)在DM642 DSP內(nèi)核處置器和網(wǎng)絡(luò)之間提供了一個有效的接口；DM642 EMAC具有硬件信息流控制和效力質(zhì)量(QOS)支持，無論是半雙工還是雙工方式，它都支持10Base-T 和100Base-TX,或 10 Mbps和100 Mbps。DM642 EMAC 運用定制的接口與DSP核相連，可以讓數(shù)據(jù)有效地傳

17、送和接納。.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.1 DM642概述 MDIO模塊不斷地獲取全部32個MDIO地址，列舉出系統(tǒng)中一切PHY器件。一旦有候選的PHY被DSP選中，MDIO模塊馬上經(jīng)過讀取PHY形狀存放器監(jiān)控它的銜接。銜接的改動能保管MDIO，并可隨時中斷DSP，使得DSP無需不斷執(zhí)行MDIO存取操作即可獲取銜接的形狀。TMS320DM642上的I2C端口可以使DSP較容易地控制外設(shè)，并與主機處置器通訊。此外，規(guī)范多通道緩沖穿行端口(McBSP)可用于與具有串行外圍接口(SPI)方式的外設(shè)通訊 DM642具有完好的開展工具，包括：1個新的C編譯器，1個簡化程序和調(diào)

18、度的組裝優(yōu)化器，1個具有執(zhí)行代碼可見性的Windows調(diào)試器接口。.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.2 DMS642的器件特性 高性能數(shù)字媒體處置器2，1.67，1.39 ns 指令周期 500，600，720 MHz 時鐘頻率 每周期執(zhí)行8 條32 位指令 4000, 4800, 5760 MIPS 與C64x 完全兼容VelociT1.2 是具有先進超長指令字VLIWTMS320C64x DSP 核VelociT 的晉級版 8 個獨立的功能單元.VelociTITM體系構(gòu)造：是一種先進的高性能的超長指令集VLIW (Very Long Instruction Wor

19、d)構(gòu)造。該構(gòu)造使C6000系列DSP成為多通道和多功能運用的最正確選擇。VLIW 體系構(gòu)造在內(nèi)部由一個超長機器指令字驅(qū)動內(nèi)部多個功能單元協(xié)同動作，每個指令包由多條指令組成，這些指令之間相互獨立，各自控制一個功能單元，因此，可單周期完成多條指令，實現(xiàn)指令集的高效并行。.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.2 DMS642的器件特性 6 個ALU32/40bit，每個功能單元支持每時鐘周期32位算術(shù)操作，雙16位比特算術(shù)操作，或4個8 位算術(shù)操作2 個乘法器支持每時鐘周期4 個1616 位的乘法結(jié)果是32 位或者8個88 位乘法結(jié)果是16 位 指令設(shè)置特點 字節(jié)尋址8/16/

20、32/64 位數(shù)據(jù) 8 位溢出維護 可位提取，設(shè)置，去除操作 具有規(guī)范化，飽和度，位計數(shù)功能 加強交互的VelociT1.2.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.2 DMS642的器件特性 L1/L2 存儲器構(gòu)造 128Kbit16KbyteL1P 程序緩存直接映射 128Kbit16KbyteL1D 數(shù)據(jù)緩存2 種方法結(jié)合設(shè)置 2Mbit256KbyteL2 規(guī)范映射RAM/緩存靈敏的RAM/緩存分配支持小端方式，大端方式64 位外部存儲器接口EMIF 支持異步存儲器SRAM 和EPROM和同步存儲器SDRAM，SBSRAM，ZBT SRAM 和FIFO直接接口 總共有1

21、024Mbyte可尋址外部存儲空間.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.2 DMS642的器件特性 加強的直接存儲器訪問EDMA控制器64 個獨立的通道10/100Mb/s 以太網(wǎng)控制器EMAC 順應(yīng)IEEE802.3 媒體獨立接口MII 8 個獨立的發(fā)送通道和1 個接納通道管理數(shù)據(jù)輸入輸出MDIO內(nèi)插VCXO 控制接口 支持同步音頻/視頻主機接口HPI32/16 位符合PCI 接口規(guī)范2.2 版本，32 位/66MHz，3.3V PCI 主/從接口.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.2 DMS642的器件特性 L1/L2 存儲器構(gòu)造 128Kbit1

22、6KbyteL1P 程序緩存直接映射 128Kbit16KbyteL1D 數(shù)據(jù)緩存2 種方法結(jié)合設(shè)置 2Mbit256KbyteL2 規(guī)范映射RAM/緩存靈敏的RAM/緩存分配支持小端方式，大端方式64 位外部存儲器接口EMIF 支持異步存儲器SRAM 和EPROM和同步存儲器SDRAM，SBSRAM，ZBT SRAM 和FIFO直接接口 總共有1024Mbyte可尋址外部存儲空間.2.2 TMS320DM642 DSP芯片概略 2.2.3 DM642原理框圖 詳見P29 圖2-2.1 64位外部存儲器接口(EMIFA )。可以與多種同 步和異步存儲器或外設(shè)接口。EMIFA有四個片選空間，最大

23、總線速率133MHz EMIFA支持：64位、32位、16位和8位的數(shù)據(jù)總線寬度，可以銜接SDRAM, SRAM,SBSRAM, FLASH和FIFO等多種存儲器件。EMIF是外部存儲器與片內(nèi)單元間的接口經(jīng)過配置EMIF完成芯片與片外存儲器的通訊.DM642 EMIF 接口EMIF=External Memory Interface.EMIF支持的器件 SDRAM，ROM，F(xiàn)LASH，F(xiàn)IFO等經(jīng)過設(shè)置存放器的值來完成對EMIF的配置使能，時鐘速率，時序等.HPIEMIFPeripheralsC64x的EDMA(Enhanced Direct Memory Access)控制器位于C64x的L

24、2存儲器和外設(shè)EMIF、串行口、HPI、PCI等之間，如以下圖所示：EDMA.EDMA控制器可以獨立于CPU處置L2 Cache/SRAM和C64x外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸，包括：Cache效力、非Cache存儲器存取、用戶編程的數(shù)據(jù)傳輸和主機(host)存取C64x EDMA加強至64個通道C6211/C6711EDMA為16通道，C6201/C6701為4通道DMA帶有可編程的優(yōu)先權(quán)和鏈接(Link)和銜接(Chain)數(shù)據(jù)傳輸才干可在C64x可尋址的存儲器不同地址間包括L2 SRAM、外設(shè)和外部存儲器傳輸數(shù)據(jù)EDMA: Characteristics.CPU啟動非同步的EDMA：CPU經(jīng)過寫相

25、應(yīng)存放器來啟動一個EDMA由事件觸發(fā)的EDMA：許多事件如HPI、DSP中斷、定時器中斷、外部中斷、McBSP發(fā)送中斷、McBSP接納中斷、另一個EDMA傳輸終了等均可觸發(fā)相應(yīng)通道的EDMA傳輸。但事件必需求由CPU經(jīng)過相應(yīng)存放器來使能。為同步的EDMA。EDMA: Start Mechanisms.EDMA控制器由以下部分組成：事件和中斷處置存放器事件編碼器參數(shù)RAM硬件地址產(chǎn)生器事件存放器完成對EDMA事件的捕獲、控制。假設(shè)有多個事件同時發(fā)生，由事件編碼器對它們進展處置將同時發(fā)生的事件進展排隊。參數(shù)RAM存放與事件相關(guān)各通道的傳輸參數(shù)；這些參數(shù)送入硬件地址發(fā)生器以產(chǎn)生對EMIF/外設(shè)的存取地址。EDM