发布时间 : 星期六 文章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 -更新完毕开始阅读6864803ef9c75fbfc77da26925c52cc58ad69018
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芯片特点 特点
哈佛结构
哈佛结构是不同于传统的冯·诺曼（Von Neuman）结构的并行体系结构，其主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。
为了进一步提高运行速度和灵活性，TMS320系列DSP芯片在基本哈佛结构的基础上作了改进，一是允许数据存放在程序存储器中，并被算术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性；二是指令存储在高速缓冲器（Cache）中，当执行此指令时，不需要再从存储器中读取指令，节约了一个指令周期的时间。
流水线
与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间，从而增强了处理器的处理能力。TMS320系列处理器的流水线深度从2~6级不等。也就是说，处理器可以并行处理2~6条指令，每条指令处于流水线上的不同阶段。
专用的硬件乘法器
TMS320系列DSP芯片中具有一个专用的硬件乘法器，用1~4条指令就能完成一次乘法和一次加法运算，因此，在一个指令周期内可完成乘法运算，而在通用的微处器中，乘法指令是靠一系列加法来实现的，因此，TMS320系列DSP乘法速度远远高于通用微处理器。
特别的DSP指令
利用DSP的特殊指令可以将多条指令才能完成的功能用一条指令来完成，这样可大大提高运算速度。
快速的指令周期
哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计，可使DSP芯片的指令周期在200ms以下。
丰富的指令系统
TMS320C31-40的汇编语言指令集特别适合于数字信号处理。所有指令占一个机器字长，大部分指令是单周器的。指令集共有113条指令，可以分为六类：数据传送类、二操作数算术/逻辑类、三操作数算术/逻辑类、程序控制类、互锁操作类及并行操作类。12条数据传送指令可从存储器中读一个字装入寄存器，将一个字从寄存器中存入存储器中及进行堆栈操作。二操作数指令有35条，提供整数、浮点、逻辑运算及多精度算术操作。17条三操作数指令可以在一个指令周期内完成具有三个操作数的运算，其中两个是源操作数，另一个是目的操作数。程序控制指令共16条，它们影响程序的流向，其中有块重复指令RPTB和单指令重复指令RPTS。除了有标准跳转指令外，还有延迟跳转指令，有些指令具有条件运算功能。5条互锁操作指令主要用来进行多处理器之间的通信。剩下的28条指令都是并行操作指令，每条并行指令由两条指令用符号“‖”连接，并行操作指令可使“‖”前后的两条指令并行完成。需要注意的是，并不是任意两条指令都可构成并行指令。 硬件结构特征 1核心CPU
TMS320C5X CPU的增强功能在提高性能和通用性的同时，保持了对TMS320C1X和TMS320C2X源代码的兼容性。硬件的改进包括：一个32位累加器缓冲器，附加定标能力，利用附加硬件功能的新指令。新的控制功能包括：独立的并行逻辑单元（PLU）和一组文本交换寄存器。数据管理方面的改进包括：采用新的块搬移指令和存储器映像寄存器指令。TMS320C50有28个存储器映像寄存器和16个存储器映像的I/O口。 2．片内ROM
TMS320C50拥有2K×16位掩蔽ROM，内部固化了引导程序。该存储器把程序从外部
ROM/EPROM、串行口或并行I/O口引导至运行速度较快的SRAM中。这块引导ROM可通过PMST状态寄存器中的MP/MC\\ 位从程序存储空间去除。如果该ROM未选，则TMS320C50由片外存储器启动执行。 3．片内数据RAM
TMS320C50具有1056字的片内RAM，这块RAM 可在每个机器周期内访问两次（双寻址RAM），只要两次访问不是“写”操作。这块存储空间主要用于存储数据，但是如果需要也可用于存储程序和数据。其配置有两种方式：所有的1056字都作为数据存储区，或者将其中的544字作为数据存储器，512字作为程序存储区。可通过状态寄存器ST1中的CNF位选择设置。
4．片内程序/数据RAM
TMS320C50还具有9K字的片内RAM。这一存储区可以由软件设置映射到程序或数据存储空间。程序从片外存储器引导后，可装入到该存储区全速运行。 5．片内存储器安全
TMS320C50可以通过可屏蔽选择来保护片内存储器的内容。当相关比特置位时，外部无法访问片内存储空间。
6．有地址映射的软件等待状态发生器
软件等待状态逻辑不需要任何外部硬件就可以实现TMS320C50与速度较慢的片外存储器和I/O设备接口。该电路系统拥有16个等待状态发生器，其中可由用户编程操作的有0，1，2，3和7状态。 7．并行I/O口
TMS320C50共有64K I/O口，其中的16个可映射在数据存储空间。这些口可由IN或OUT指令寻址。具有存储器映像的I/O口可按存储器的读写方式访问。I/O口的访问由IS\\线选通。增加简单的片外地址译码电路，就可实现TMS320C50的I/O口与外部I/O设备的简单连接。 8．串行I/O口
TMS320C50有两个高速串行口。串行口最快可按1/4机器周期（CLKOUT1）操作。一个是同步全双工串行口，发送和接收都有缓冲，分别由可屏蔽外部中断信号控制，数据可按照8或16位方式传输；另一个串行口为全双工串口，可设置为同步方式，也可设置为时分多址（TDM）方式，TDM串行口一般用于多处理机系统。 9．16位硬件定时器
16位硬件定时器可由软件进行控制，通过设置相应的状态位，定时器可工作在停止、重启动、复位或不工作等状态。 10．用户可屏蔽中断
TMS320C50有4个外部中断线。片内的中断锁存电路可实现异步中断操作。此外，还有5个内部中断：1个定时器中断和4个串行口中断。 11．JTAG扫描逻辑
JTAG扫描逻辑电路用于仿真和测试，采用JTAG可实现在线仿真。 二、发展历史和现状
从1978年出现的第一个单片DSP以来，DSP芯片在这20几年来得到了高速发展，DSP芯片的应用也越来越广泛，根据其用途可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片；按基础特性分为静态DSP芯片和一致性DSP芯片；按数据格式分为定点DSP芯片和浮点DSP芯片。 美国德州仪器公司（Texas Instruments，简称TI）推出的TMS系 列DSP芯片已经成为当今世界上最有影响的DSP芯片[2]，TI公司在1982年推出第一代DSP芯片TMS3201×、TMS320C1X系列，随后推出第二代DSP芯片TMS3202×、TMS320C2X系列，第三代DSP芯片TMS320C3X系列，第四代DSP芯片TMS320C4X系列，第五代DSP芯片TMS320C5X系列，第六代DSP芯片TMS320C6X系列。
第一代TMS320系列DSP芯片TMS320C1X是定点DSP芯片，采用二级流水线； 第二代TMS320系列DSP芯片TMS320C2X系列是定点DSP芯片，采用三级流水线； 第三代TMS320系列DSP芯片TMS320C3X系列芯片是浮点DSP芯片，采用四级流水线； 第四代TMS320系列DSP芯片TMS320C4X系列芯片是浮点DSP芯片，采用五级流水线； 第五代TMS320系列DSP芯片TMS320C5X系列芯片是定点DSP芯片，采用四级流水线； 第六代TMS320系列DSP芯片TMS320C6X系列芯是一种新型定点DSP芯片，该芯片的内部结构与以前的DSP芯片不同，内部集成了多个功能单元，可同时执行8条指令，运算能力达1600MIPS。