TMS320C6000 DSP芯片介紹

    本文主要是關于TMS320C6000和(hé)DSP的相關介紹，并着重對TMS320C6000和(hé)DSP芯片進行(xíng)了詳盡的闡述。

    數(shù)字信号處理(lǐ)是一種将現實世界中的真實信号（專業術(shù)語稱之為(wèi)連續信号）轉換為(wèi)計(jì)算(suàn)機能夠處理(lǐ)的信息的過程。比如人(rén)們說話(huà)的聲音(yīn)，這就是一個(gè)連續信号，除此之外，現實生(shēng)活中還(hái)有(yǒu)很(hěn)多(duō)這樣的信号，比如光、壓力、溫度等等。這些(xiē)信号通(tōng)過一個(gè)模拟向數(shù)字的轉換過程（稱之為(wèi)AD），變成數(shù)字信号送給處理(lǐ)器(qì)，進行(xíng)數(shù)字計(jì)算(suàn)，處理(lǐ)結束後，再把結果通(tōng)過數(shù)字向模拟的轉換過程重新變成連續信号（稱之為(wèi)DA）。用一般的通(tōng)用微處理(lǐ)器(qì)可(kě)以完成這些(xiē)工作(zuò)，但(dàn)是面臨的問題是滿足如此高(gāo)的計(jì)算(suàn)速度，就很(hěn)難保證耗電(diàn)量很(hěn)低(dī)，更難保證價格足夠便宜。因此，另一種微處理(lǐ)器(qì)應運而生(shēng)：數(shù)字信号處理(lǐ)器(qì)，簡稱DSP。

    DSP是微處理(lǐ)器(qì)的一種，這種微處理(lǐ)器(qì)具有(yǒu)極高(gāo)的處理(lǐ)速度。因為(wèi)應用這類處理(lǐ)器(qì)的場(chǎng)合要求具有(yǒu)很(hěn)高(gāo)的實時(shí)性（Real Time）。比如通(tōng)過移動電(diàn)話(huà)進行(xíng)通(tōng)話(huà)，如果處理(lǐ)速度不快就隻能等待對方停止說話(huà)，這一方才能通(tōng)話(huà)。如果雙方同時(shí)通(tōng)話(huà)，因為(wèi)數(shù)字信号處理(lǐ)速度不夠，就隻能關閉信号連接。在DSP出現之前數(shù)字信号處理(lǐ)隻能依靠MPU（微處理(lǐ)器(qì)）來(lái)完成。但(dàn)MPU較低(dī)的處理(lǐ)速度無法滿足高(gāo)速實時(shí)的要求。因此，直到70年代，有(yǒu)人(rén)才提出了DSP的理(lǐ)論和(hé)算(suàn)法基礎。那(nà)時(shí)的DSP僅僅停留在教科書(shū)上(shàng)，即便是研制(zhì)出來(lái)的DSP系統也是由分立元件組成的，其應用領域僅局限於軍事、航空(kōng)航天部門(mén)。

    90年代DSP發展最快，相繼出現了第四代和(hé)第五代DSP器(qì)件。現在的DSP屬於第五代産品，它與第四代相比，系統集成度更高(gāo)，将DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上(shàng)。這種集成度極高(gāo)的DSP芯片不僅在通(tōng)信、計(jì)算(suàn)機領域大(dà)顯身手，而且逐漸滲透到人(rén)們日常消費領域。

    DSP芯片，也稱數(shù)字信号處理(lǐ)器(qì)，是一種具有(yǒu)特殊結構的微處理(lǐ)器(qì)。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和(hé)數(shù)據分開(kāi)的哈佛結構，具有(yǒu)專門(mén)的硬件乘法器(qì)，廣泛采用流水(shuǐ)線操作(zuò)，提供特殊的DSP指令，可(kě)以用來(lái)快速的實現各種數(shù)字信号處理(lǐ)算(suàn)法。

    根據數(shù)字信号處理(lǐ)的要求，DSP芯片一般具有(yǒu)如下的一些(xiē)主要特點：

    （1）在一個(gè)指令周期內(nèi)可(kě)完成一次乘法和(hé)一次加法。

    （2）程序和(hé)數(shù)據空(kōng)間(jiān)分開(kāi)，可(kě)以同時(shí)訪問指令和(hé)數(shù)據。

    （3）片內(nèi)具有(yǒu)快速RAM，通(tōng)常可(kě)通(tōng)過獨立的數(shù)據總線在兩塊中同時(shí)訪問。

    （4）具有(yǒu)低(dī)開(kāi)銷或無開(kāi)銷循環及跳(tiào)轉的硬件支持。

    （5）快速的中斷處理(lǐ)和(hé)硬件I/O支持。

    （6）具有(yǒu)在單周期內(nèi)操作(zuò)的多(duō)個(gè)硬件地址産生(shēng)器(qì)。

    （7）可(kě)以并行(xíng)執行(xíng)多(duō)個(gè)操作(zuò)。

    （8）支持流水(shuǐ)線操作(zuò)，使取指、譯碼和(hé)執行(xíng)等操作(zuò)可(kě)以重疊執行(xíng)。與通(tōng)用微處理(lǐ)器(qì)相比，DSP芯片的其他通(tōng)用功能相對較弱些(xiē)。

    近年來(lái)，以高(gāo)速數(shù)字信号處理(lǐ)器(qì)（DSP）為(wèi)基礎的實時(shí)數(shù)字信号處理(lǐ)技(jì)術(shù)飛速發展，并獲得(de)了廣泛的應用。TMS320C6000系列DSP是德州儀器(qì)公司（TI）推出的定點、浮點系列DSP，其中定點産品峰值處理(lǐ)能力達到4800MIPS，浮點産品峰值處理(lǐ)能力達到1350MFLOPS，是目前國際上(shàng)性能最高(gāo)的DSP之一，其卓越的性能使得(de)它在傳統的DSP領域、雷達、無線電(diàn)基站(zhàn)等高(gāo)端領域，以及寬帶媒體(tǐ)、身份識别等新興領域都有(yǒu)很(hěn)好的應用前景。随着DSP性能和(hé)功能的不斷增強，應用系統的設計(jì)越來(lái)越複雜，要将DSP的性能充分釋放出來(lái)，合理(lǐ)的闆級設計(jì)是DSP系統開(kāi)發人(rén)員面臨的一個(gè)關鍵性的問題。

    TI公司的三種新型TMS320 DSP系列和(hé)OMAP系列

    1.TMS320C2000——作(zuò)控制(zhì)用的最佳DSP，可(kě)以替代老的C1X和(hé)C2X。

    TMS320C20X系列DSP芯片具有(yǒu)如下特點：

    （1）處理(lǐ)能力強：指令周期最短(duǎn)是25nm，運算(suàn)處理(lǐ)能力達40MIPS。

    （2）片內(nèi)具有(yǒu)較大(dà)的FLASH存儲器(qì)：TMS320C20X是最早使用片內(nèi)FLASH存儲器(qì)的DSP芯片，FLASH存儲器(qì)具有(yǒu)比ROM靈活、比RAM便宜的特點，TMS320F206和(hé)TMS320F207的片內(nèi)具有(yǒu)32KB的FLASH存儲器(qì)和(hé)4.5KB的RAM。

    （3）芯片的功耗低(dī)：TMS320C20X系列DSP芯片在5V工作(zuò)時(shí)每個(gè)MIPS消耗1.9mA電(diàn)流，在3.3V工作(zuò)時(shí)每個(gè)MIPS消耗1.1mA電(diàn)流4）芯片的資源配置靈活。

    TMS320C2000系列DSP芯片價格低(dī)，具有(yǒu)較高(gāo)額性能和(hé)适用于控制(zhì)領域的功能，因此可(kě)以廣泛地應用于工業自動化、電(diàn)機控制(zhì)、運動控制(zhì)、電(diàn)力電(diàn)子、家(jiā)用電(diàn)器(qì)等領域。現在有(yǒu)趨勢集中在以下兩個(gè)方向上(shàng)：

    （1）C20X16位定點DSP，速度為(wèi)20MIPS，主要用途是電(diàn)話(huà)、數(shù)字相機、售貨機等，其中：F206帶有(yǒu)閃速存儲器(qì)。

    （2）C24X16位定點DSP，速度為(wèi)20MIPS，用作(zuò)數(shù)字馬達控制(zhì)、工業自動化、電(diàn)力轉換系統、空(kōng)調等。

    2.TMS320C5000——低(dī)功耗高(gāo)性能DSP，16位定點，速度40～200MIPS。

    主要用途是有(yǒu)線和(hé)無線通(tōng)信、IP、便攜式信息系統、尋呼機、助聽(tīng)器(qì)等。TMS320C54XX系列DSP芯片具有(yǒu)如下特點：

    （1）：運算(suàn)速度快：其運算(suàn)速度可(kě)達500MIPS。

    （2）優化的CPU結構。

    （3）芯片的低(dī)功耗工作(zuò)方式：TMS320C54XX的DSP核可(kě)以在3.3、2.5、1.8V甚至更低(dī)電(diàn)壓下工作(zuò)，特别适合于無限移動設備。

    （4）芯片具有(yǒu)智能外設：提供了多(duō)通(tōng)道(dào)緩沖串行(xíng)口。以及和(hé)外部處理(lǐ)器(qì)通(tōng)信的主機HPI。

    目前，C5000系列中又有(yǒu)三種新成員，一種是C5402，這是廉價型的DSP，速度保持100MIPS，片內(nèi)存儲空(kōng)間(jiān)稍小(xiǎo)一些(xiē)，RAM為(wèi)16K、ROM為(wèi)4K。主要應用對象是無線Modem、新一代PDA、網絡電(diàn)話(huà)和(hé)其它電(diàn)話(huà)系統以及消費類電(diàn)子産品。第二種是C5420，它擁有(yǒu)兩個(gè)DSP核，速度達到200MIPS，200K片內(nèi)RAM，功耗0.32mA/MIPS，200MIPS全速工作(zuò)時(shí)不超過120mW，為(wèi)業內(nèi)功耗最低(dī)的DSP。C5420是當今集成度最高(gāo)的定點DSP，适合于做(zuò)多(duō)通(tōng)道(dào)基站(zhàn)、服務器(qì)、Modem和(hé)電(diàn)話(huà)系統等要求高(gāo)性能、低(dī)功耗、小(xiǎo)尺寸的場(chǎng)合。第三種是C5416，它是TI公司0.15μm器(qì)件中的第一款，速度為(wèi)160MIPS，有(yǒu)三個(gè)多(duō)通(tōng)道(dào)緩沖串行(xíng)口（McBSPs），能夠直接與T1或E1線路聯接，不需要外部邏輯電(diàn)路，有(yǒu)128K片內(nèi)RAM。應用對象是VoIP、通(tōng)信服務器(qì)、PBX（專用小(xiǎo)交換機）和(hé)計(jì)算(suàn)機電(diàn)話(huà)系統等。

    3.TMS320C6000——這是TI公司1997年2月推向市場(chǎng)的高(gāo)性能DSP，綜合了目前DSP的所有(yǒu)優點：

    （1）具有(yǒu)最佳的性價比和(hé)低(dī)功耗。

    （2）運行(xíng)速度快：指令周期最小(xiǎo)為(wèi)3.3ns，運算(suàn)能力為(wèi)2400MIPS。

    （3）指令集不同：一條指令中組合了幾個(gè)執行(xíng)單元，結合其獨特的內(nèi)部結構，充分發揮其內(nèi)部集成的各執行(xíng)單元的獨立運行(xíng)能力。

    （4）大(dà)量的片內(nèi)存儲器(qì)和(hé)大(dà)範圍的尋址能力：片內(nèi)最多(duō)集成了512K字程序存儲器(qì)和(hé)512K字數(shù)據存儲器(qì)，并擁有(yǒu)32位的外部存儲器(qì)借口。

    （5）智能外設：內(nèi)部集成了4-16個(gè)DMA借口，2-3個(gè)多(duō)通(tōng)道(dào)緩沖串口，2個(gè)32位定時(shí)器(qì)等。由于TMS320C6000系列具有(yǒu)極高(gāo)的性能，因此可(kě)以廣泛地應用于通(tōng)信領域，主要應用于：數(shù)字移動通(tōng)信、個(gè)人(rén)通(tōng)信系統、個(gè)人(rén)數(shù)字助理(lǐ)、數(shù)字無線通(tōng)信、無線數(shù)據通(tōng)信、便攜式因特網音(yīn)頻處理(lǐ)器(qì)。

    在老的TI DSP系列中，浮點C30還(hái)是TI公司主推的産品，因此它的售價不像其它老系列每年都要提升。TI公司還(hái)在對這個(gè)型号作(zuò)性能改進和(hé)制(zhì)造廉價型，如新近推出的C33采用0.18μm制(zhì)造工藝，有(yǒu)1M RAM，速度為(wèi)120Mflops，為(wèi)老産品的兩倍，而價格僅5美元。速度更高(gāo)的150Mflops為(wèi)8美元。C33與其它C3X器(qì)件代碼兼容，所以用戶可(kě)以保護其軟件環境，在他們換用新器(qì)件時(shí)還(hái)可(kě)以減少(shǎo)開(kāi)發時(shí)間(jiān)。

    4.OMAP（Open Multimedia Applications Platform，開(kāi)放式多(duō)媒體(tǐ)應用平台）

這是TI公司推出的專門(mén)為(wèi)支持第三代（3G）無線終端應用而設計(jì)的應用處理(lǐ)器(qì)體(tǐ)系結構。OMAP處理(lǐ)器(qì)平台提供了語言、數(shù)據和(hé)多(duō)媒體(tǐ)所需的帶寬和(hé)功能，可(kě)以極低(dī)的功耗為(wèi)高(gāo)端3G無線設備提供極佳的性能。OMAP嵌入式處理(lǐ)器(qì)系列包括應用處理(lǐ)器(qì)及集成的基帶應用處理(lǐ)器(qì)，目前已廣泛應用于實時(shí)的多(duō)媒體(tǐ)數(shù)據處理(lǐ)、語音(yīn)識别系統、互聯網通(tōng)信、無線通(tōng)信、PDA、Web記事本、醫(yī)療器(qì)械等領域。