基于DSP的现代电子系统设计

　　本书全面系统地介绍了新一代电子产品的设计、制作原理和方法。在介绍TMS320C6000和TMS320C5000芯片结构、特点、硬件平台设计原理及应用软件开发方法的基础上，详细介绍了TI公司提供的3种DSP硬件平台设计原理，给出原理图和相应的软件工具，并通过DSP芯片在仪器、语音、图像、控制和通信领域的典型应用实例——硬件、算法和源程序，提高读者对DSP技术的兴趣和具体掌握开发电子新产品的方法。本书内容新颖，概念清晰，实践性强，适于从事各领域电子产品的设计、制造、调试、维修和使用的人员阅读，也可作为中专、高等学校电子类专业师生参考书。本书前言前言数字信号处理器（DSP）芯片从1980年开始为人们所使用，它引发了工业设计的革命。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机和消费类电子产品等领域的基础器件。现在主要DSP厂家包括德州仪器（TI）、朗讯（AT&T）、摩托罗拉、模拟器件公司（ADI）等。其中TIDSP产品遍及全球，占世界市场45％的份额，每2个数字蜂窝电话中就有1个采用TI产品，全世界90％的硬盘和33％的MODEM均采用TIDSP技术。因此，了解使用TIDSP设计电子产品的方法，无论对理解国外电子产品还是自行设计电子产品，都是很重要的。DSP芯片不同于原来的微处理器，DSP是在模拟信号变成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10～50倍。这是因为DSP芯片内包含硬件并行乘法器。很多功能在微处理器中是用微码实现的，而现在是基于高速DSP硬件实现的。一般基于DSP实现的功能比基于数字逻辑电路实现的功能更加经济。DSP方法的重要贡献是可编程装置的可塑性，它能实现复杂的线性和非线性算法，同时可跳转到程序的不同部分，且可以关闭一些功能。一旦程序完成，单片功能不会随着时间改变。而模拟电路不仅体积大，而且必须补偿由于温度和时间改变所引起的参数变化。在DSP技术出现之前，数字信号处理的任务只能依靠微处理器来完成，但是微处理器的处理速度较低，无法满足高速实时要求。直到20世纪70年代，有人提出了DSP的理论和算法基础。那时信号处理器系统至少包栝100片MSI芯片。随着大规模集成电路（VLSI）技术的发展，1982年出现世界上第一代最流行的DSP芯片——NECPD7720和TITMS32010（后成为商用），这些芯片能完成16比特的加法，运算速度达到5MIPS（兆条指令/s），但内部的RAM，ROM和I/O能力还不够理想。从第一代DSP发明以来，DSP技术不断进步。更多的DSP加入片内RAM和ROM，增加地址空间和附加功能，速率也有了明显提高，例如TMS320C5x系列，运算速率达到57*！MIPS。速率提高是依靠减小尺寸和采用CMOS技术实现的。CMOS技术的引入，显著地减少了功耗。另外，目前DSP也使用低电源电压。在DSP技术发展历史上的另一个里程碑，是AT&T在1986年把第一个浮点DSP（DSP32）投放市场。1988年TI第一个浮点DSP（TMS320C3x）能同时处理32比特字长，时钟频率提高到27MHz，33MHz，40MHz。TI第二个浮点DSP（TMS320C40）更广泛地支持平行处理。浮点DSP在许多方面获得了应用，因为它编程容易，价格适度。同时定点DSP仍然经常选用，因为它便宜，有时速度更快，功耗较低。在定点DSP应用中，必须仔细考虑信号的放大问题，要避免信号的溢出或信号的过低。但是，在许多数字通信系统中这是不成问题的，因为这些信号功率维持为常数值。浮点DSP是自动完成放大功能的。20世纪90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及外围元器件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。TI公司1997年推出的C6000DSP产品，其定点产品的时钟频率达300*！MHz，指令执行速度达2*！400*！MIPS。TI公司2000年推出的C64xDSP产品，其时钟频率达1.1*！GHz，指令执行速度达8*！800*！MIPS。随着DSP芯片的高速发展，DSP已得到广泛的应用，也必然带来电子产品设计方法上的革命。因为我们不可能为每一种DSP型号配备专用的软硬件平台，同时我们也希望在开发一个新的产品时，能够有更多的软硬件资源可供利用，使设计电子新产品的平均投入降低，试制周期缩短。这就是我们要编写这本书的目的。我们从TIDSP产品中，学到3个开发平台思想，即高性能平台（TMS320C6、高效益平台（TMS320C5和控制最佳化平台（TMS320C2，我们介绍它们的性能，说明应用平台技术开发现代电子系统的方法，并给出应用实例。本书的编写密切结合中国科学技术大学德州仪器联合DSP实验室的教学和科研实践，既有对TITMS320C6000和TMS320C5000两个平台的完整介绍，也有DSP应用的实际例子，包括硬件、算法和源程序等，有助于初学者全面理解和掌握所述及的内容。本书提供的程序都是经过实验检验的，很有参考价值。本书的第1章、第2章由戴逸民编写，第3章、第4章由梁晓雯编写，第5章由赵明和王正方编写，其余各章的原理和算法由戴逸民编写，应用程序验证与编写由裴小平、梁晓雯、李玉虎、王诺、王正方、赵明、陶子正、怀钰等人完成。由于编著者水平有限，不妥之处请读者指正。编著者于中国科技大学德州仪器联合DSP实验室

暂缺《基于DSP的现代电子系统设计》作者简介

第1章TMS320C6000平台技术概论
1.1引论
1.2DSP装置的功能性框图
1.3DSP装置的引脚和信号描述
1.4DSP装置的CPU结构特点
1.4.1C6000DSPCPU的共同特征
1.4.2C62xDSP,C67xDSP与C64xDSP的CPU性能比较
1.5CPU数据通道和控制
1.5.1一般目的寄存器文件
1.5.2功能单元
1.5.3寄存器交叉通道
1.5.4存储器装载和存储通道
1.5.5数据寻址通道
1.5.6TMS320C62x/C67x控制寄存器文件
1.5.7TMS320C67x控制存储器文件扩充
1.6TMS320C62x/C67xCPU定点汇编语言指令集
1.6.1CPU指令操作和执行符号
1.6.2CPU指令和功能单元之间的映射关系
1.6.3CPU操作代码图
1.6.4延迟槽
1.6.5平行操作
1.6.6状态（条件）操作
1.6.7资源约束
1.6.8寻址模式
1.6.9指令系统概要
1.7存储器
1.7.1程序存储控制器和内部程序存储器
1.7.2DMA控制器接入到内部程序存储器
1.7.3数据存储控制器和数据存储器接入
1.7.4存储器分配
1.7.5内部存储器
1.8TMS320C6000的片内集成外设
1.8.1外部存储器接口（EMIF）
1.8.2多通道缓冲串口
1.8.3自举逻辑控制
1.8.4中断选择器
1.8.5功率下降逻辑
第2章TMS320C62xEVM评估板软.硬件设计原理
2.1引论
2.2TMS320C6xEVM评估板硬件功能概要
2.2.1DSP
2.2.2DSP时钟
2.2.3外部存储器接口
2.2.4扩展总线XB（Expasion）接口
2.2.5PCI接口
2.2.6JTAG模拟器
2.2.7可控逻辑
2.2.8声频接口
2.2.9电源
2.2.10电压监视和复位控制
2.2.11用户任选
2.2.12LED指示
2.3TMS320C6xEVM评估板软件功能概要
2.3.1TMS320C6xEVM主机支持软件
2.3.2TMS320C6xEVMDSP支持软件
2.4TMS320C62xDSP实验板的设计
2.4.1概述
2.4.2设计思想
2.4.3原理说明以及电路实现
2.4.4结束语
第3章TMS320C5000平台技术概论
3.1TMS320C54x体系结构
3.1.1总线结构
3.1.2中央处理单元（CPU）
3.1.3内部存储器
3.1.4在片外设
3.1.5串行口
3.2TMS320C54x的存储空间组织
3.2.1程序存储器
3.2.2数据存储器
3.2.3I/O存储空间
3.3寻址方式
3.3.1数据寻址
3.3.2程序寻址
3.4TMS320C54x的指令系统
第4章TMS320C54x硬件平台设计
4.1TMS320C54xEVM硬件平台的结构
4.2TMS320C54xEVM对主机的要求
4.3TMS320C54xEVM操作
4.3.1TMS320C54x存储器接口
4.3.2PC/AT主机接口
4.3.3TMS320C54xI/O接口
4.3.4主机与目标处理器的通信
4.3.5外部串行口
4.3.6模拟接口
4.4应用实例
第5章DSP软件的开发方法
5.1TMS320C54x的C语言开发知识准备
5.1.1存储器模式
5.1.2C编译器生成的块
5.1.3C系统的堆栈
5.1.4动态存储器分配
5.1.5RAM和ROM模式
5.1.6寄存器规则
5.1.7系统初始化
5.1.8链接器
5.2在CodeComposerStudio中进行TMS320C54x的C语言开发实例
5.2.1创建新工程
5.2.2向工程中添加文件
5.2.3程序代码
5.2.4构建并运行程序
5.2.5修改程序选项及更正语法错误
5.2.6使用断点和监视窗口
5.2.7使用监视窗口查看结构体
5.2.8测算代码运行时间
5.3TMS320C54x下的汇编语言开发
第6章TMS320C6000源代码开发流程和代码优化技术
6.1引论
6.2第一阶段的代码优化问题
6.2.1数据类型的选择
6.2.2分析C代码的性能
6.2.3编译C代码和存储器的依赖性
6.3第二阶段的代码优化问题
6.3.1C6x编译器内部函数的使用
6.3.2short型数据的int处理
6.3.3软件流水线技术的使用
6.3.4循环结构中的代码展开
6.4第三阶段的代码优化问题
6.4.1汇编代码格式
6.4.2使用线性汇编优化汇编代码
第7章数字滤波器的DSP实现
7.1数字滤波与卷积
7.1.1概述
7.1.2离散时间卷积与频率响应
7.2有限脉冲响应（FIR）数字滤波器的DSP实现
7.2.1使用TMS320C6000实现FIR滤波器
7.2.2使用TMS320C55x实现FIR滤波器
7.2.3使用TMS320C30实现FIR滤波器
7.3无限脉冲响应（IIR）数字滤波器
7.4IIR数字滤波器优化设计和DSP实现
7.4.1IIR滤波器设计
7.4.2典型程序
7.5数字滤波器设计的性能考虑
第8章自适应滤波器的DSP实现
8.1概论
8.2自适应滤波器应用
8.3自适应滤波器的实现
8.3.1线性最佳滤波器问题的描述
8.3.2最小均方值算法的一般结构和操作
8.3.3使用最小均方差（LMS）算法的自适应横向滤波器结构
8.3.4TMS320C30的实现
8.3.5最小均方值自适应算法
8.4基于DSP的典型自适应滤波器产品
8.4.1线路回波产生的背景
8.4.2线路回波抵消理论和算法
8.4.3回波抵消器实现
第9章离散傅里叶变换与频域测量仪器的DSP实现
9.1傅里叶变换的分类
9.2离散傅里叶变换（DFT）
9.2.1实数离散傅里叶变换的符号和格式
9.2.2频域的独立变量
9.2.3DFT基函数
9.2.4计算DFT的反变换
9.2.5计算DFT
9.2.6极坐标符号
9.3傅里叶变换的特性
9.3.1傅里叶变换的线性特性
9.3.2相位特性
9.3.3DFT的周期特性
9.3.4信号的压缩与扩展
9.3.5信号的乘法（幅度调制）
9.4快速傅里叶变换（FFT）
9.4.1使用复数DFT计算实数DFT
9.4.2FFT工作原理
9.4.3FFT程序
9.4.4速度与精度比较
9.4.5FFT算法的DSP实现
9.5设计频谱分析器遇到的技术问题和解决办法
第10章语音信号的数字处理及其DSP的实现
10.1人耳的基本组成和听觉形成机理
10.2音色
10.3声音质量与数据速率
10.4在数字电话中的语音数据缩展器
10.4.1数字语音数据压缩扩展技术
10.4.2用TMS320C6000DSP实现m律和A律
10.5语音信号的特征.产生模型与三维语谱
10.5.1语音信号的特征和产生模型
10.5.2语音信号的表示方法
10.5.3语音产生模型的应用
10.6语音合成
10.6.1语音合成的基本流程和算法
10.6.2一个实际中文语音合成系统的设计
10.7语音识别
10.7.1信号的预处理
10.7.2参数测量
第11章图像信号的数字处理及其DSP实现
11.1数字图像结构
11.2数字图像显示技术
11.3数码照相机的设计
11.3.1数码照相机系统的概要介绍
11.3.2数码照相机图像的获得
11.3.3数码照相机的图像流水线
11.3.4数码照相机的DSP实现
11.4图像压缩编码
11.4.1图像压缩编码原理
11.4.2静止图像的国际压缩编码标准JPEG
第12章DSP在编码中的应用
12.1数字通信系统中DSP应用概况
12.1.1DSP在通信中的应用分类与设计要素
12.1.2浮点和定点解决方案
12.1.3通信应用摘要
12.2分组纠错编码技术
12.2.1分组编码基础
12.2.2循环码
12.2.3循环冗余检验(CRC)码
12.2.4CRC码算法在TMS320C54xDSP上的实现
12.3格子码.卷积码与维特比译码技术
12.3.1卷积码
12.3.2卷积码的解码过程
12.3.3卷积码的最大似然解码（维特比译码算法）
12.3.4维特比译解码算法的DSP实现
12.3.5卷积码的DSP实现
12.3.6结论
参考文献