DSP單片機(jī)原理及應(yīng)用

前言

數(shù)字信號處理器DSP（DigitalSignal：Processor）是針對數(shù)字信號處理需要而設(shè)計(jì)的一種可編程單片機(jī)，是現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。當(dāng)今I）St’的應(yīng)用幾乎遍及整個(gè)電子領(lǐng)域，在自動(dòng)化控制、信號處理、數(shù)據(jù)采集、圖像處理、現(xiàn)代通信系統(tǒng)等領(lǐng)域尤其表現(xiàn)出不可替代的優(yōu)勢。數(shù)字信號處理技術(shù)是數(shù)字化的核心技術(shù)，數(shù)字信號處理器的采用大大加速了數(shù)字化的進(jìn)程。可編程DSP單片機(jī)的開發(fā)與應(yīng)用是當(dāng)前電子信息領(lǐng)域的熱點(diǎn)。TL（德州儀器）的C6000系列DSF，平臺提供了一個(gè)軟件可兼容的定點(diǎn)與浮點(diǎn)DSP系列，該系列使高性能系統(tǒng)的開發(fā)者可以選擇最適合他們特殊用途的器件；該平臺包括了目前最好的DSP系列，使用戶可以突破性能上的障礙，在成本效率方面達(dá)到新水平并實(shí)現(xiàn)低能耗。C62xx和新型的C64xx系列定點(diǎn)DSP一代也能夠升級至1．16GHz的時(shí)鐘，用它驅(qū)動(dòng)的有線和無線寬帶網(wǎng)絡(luò)及數(shù)字化成像裝置將打破現(xiàn)存的速度紀(jì)錄。C67xx浮點(diǎn)DSF’一代可提供一系列高性能浮點(diǎn)處理器，使諸如專業(yè)和家用音響、工業(yè)自動(dòng)化、語音識別、高端圖形與成像等對成本敏感領(lǐng)域的創(chuàng)新成為可能。CCS（CodeComposerStudi0）代碼調(diào)試器是DSP芯片集成開發(fā)環(huán)境，由TI公司推出，繼承了C6000代碼產(chǎn)生工具、軟件模擬器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換軟件、實(shí)時(shí)分析和數(shù)據(jù)可視化等軟件。在CCS環(huán)境下，開發(fā)者可以對軟件進(jìn)行編輯、編譯、調(diào)試、代碼性能測試等工作。本教材在參考相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了TMS320C6000系列DSP單片機(jī)的原理、體系結(jié)構(gòu)、匯編語言、代碼調(diào)試器（12CS）以及DSP應(yīng)用程序的編寫、優(yōu)化和調(diào)試等內(nèi)容。全書共分五章，第一章：概述，介紹了數(shù)字信號處理以及數(shù)字信號處理單片機(jī)的基本概念；第二章：TMS320C6000（體系結(jié)構(gòu)，介紹了C6000的CPU結(jié)構(gòu)、流水線及中斷的相關(guān)內(nèi)容；第三章：TMS320C6030的匯編指令集，介紹了C62xx、C67xx和C64xx的匯編指令；第四章：線性匯編語言及開發(fā)環(huán)境，介紹了線性匯編程序的結(jié)構(gòu)、CCS功能及軟件的開發(fā)流程；第五章：TMS320C6000的軟件編程及代碼優(yōu)化，介紹了CCS的編譯器和優(yōu)化器以及代碼優(yōu)化的方法。

內(nèi)容概要

本書是作者在近10年來對TI公司C6000系列DSP平臺的應(yīng)用開發(fā)過程中，結(jié)合教學(xué)、科研并參考相關(guān)資料編著而成。本書詳細(xì)介紹了TMS320C6000系列單片機(jī)的原理、體系結(jié)構(gòu)、匯編語言、代碼調(diào)試器（ICCS）以及DSP應(yīng)用程序的編寫、優(yōu)化和調(diào)試等內(nèi)容。    本書可作為高等院校信息類專業(yè)本科生教材，也可作為從事相關(guān)領(lǐng)域研究人員的參考用書。

書籍目錄

第一章  概述  1.1  數(shù)字信號處理基礎(chǔ)    1.1.1  信號、系統(tǒng)和信號處理    1.1.2  數(shù)字信號處理的概貌    1.1.3  數(shù)字信號處理的特點(diǎn)    1.1.4  數(shù)字信號處理的應(yīng)用    1.1.5  數(shù)字信號處理的發(fā)展趨勢  1.2  實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理    1.2.1  實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理的概念    1.2.2  實(shí)時(shí)DSP系統(tǒng)的構(gòu)成    1.2.3  DSP子系統(tǒng)    1.2.4  以通用DSPs為核心的實(shí)時(shí)DSP子系統(tǒng)    1.2.5  DSPs在實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理中的應(yīng)用  1.3  DSPs芯片    1.3.1  DSPs芯片概述    1.3.2  DSPs芯片的特點(diǎn)    1.3.3  流水線技術(shù)    1.3.4  DSPs性能指標(biāo)  習(xí)題第二章  TMS320C6000體系結(jié)構(gòu)  2.1  TMS320C6000系列概述    2.1.1  TMS320C6000簡介    2.1.2  TMS320C6000的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)    2.1.3  C6000的應(yīng)用  2.2  C6000系列CPU的結(jié)構(gòu)    2.2.1  中央處理器（CPU）結(jié)構(gòu)    2.2.2  CPU數(shù)據(jù)通路與控制    2.2.3  通用寄存器組    2.2.4  功能單元    2.2.5  寄存器組交叉通路    2.2.6  數(shù)據(jù)寄存器及讀取存儲(chǔ)通路    2.2.7  數(shù)據(jù)地址通路    2.2.8  TMS320C6000控制寄存器  2.3  流水線    2.3.1  TMS320C6000流水線概述    2.3.2  TMS320C67xx流水線    2.3.3  C6000流水線運(yùn)行的幾個(gè)問題  2.4  中斷    2.4.1  中斷類型和中斷信號    2.4.2  中斷服務(wù)表（IST）    2.4.3  中斷控制寄存器    2.4.4  中斷性能和編程考慮事項(xiàng)  2.5  存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)    2.5.1  片內(nèi)存儲(chǔ)器    2.5.2  直接存儲(chǔ)器訪問（DMA）    2.5.3  主機(jī)口（HPI）  2.6  外部存儲(chǔ)器接口及擴(kuò)展總線    2.6.1  外部存儲(chǔ)器接口    2.6.2  C6000的擴(kuò)展總線    2.6.3  其他片內(nèi)外設(shè)  習(xí)題二第三章  TMS320C6000的匯編指令集  3.1  TMS320C6000公共指令集概述    3.1.1  TMS320C6000公共指令集的分類    3.1.2  C6000指令和公共單元之間的映射關(guān)系    3.1.3  C6000公共指令集的延遲間隙    3.1.4  C6000二進(jìn)制指令操作碼映射圖    3.1.5  C6000指令的并行操作    3.1.6  C6000指令的條件操作  3.2  尋址方式及Load/Store類指令    3.2.1  尋址方式    3.2.2  Load/Store類指令  3.3  C6000公共指令集    3.3.1  算術(shù)運(yùn)算類指令    3.3.2  邏輯及位域操作指令    3.3.3  搬移類指令    3.3.4  程序轉(zhuǎn)移類指令    3.3.5  資源對公共指令集的限制  3.4  TMS320C67xx浮點(diǎn)運(yùn)算指令    3.4.1  IEEE標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)數(shù)表示法    3.4.2  C67xx增加的浮點(diǎn)運(yùn)算控制寄存器    3.4.3  C67xx特有的浮點(diǎn)運(yùn)算指令    3.4.4  C67xx令的延遲間隙以及資源對C67xx指令的約束  3.5  TMS320C64xx擴(kuò)展的定點(diǎn)運(yùn)算指令    3.5.1  擴(kuò)展的尋址方式及Load/Store類指令    3.5.2  擴(kuò)展的算術(shù)運(yùn)算指令    3.5.3  擴(kuò)展的邏輯及位域操作指令    3.5.4  數(shù)據(jù)打包與解包類指令    3.5.5  擴(kuò)展的控制轉(zhuǎn)移類指令  3.5.6  資源對C64xx令的限制  習(xí)題三第四章  線性匯編語言及開發(fā)環(huán)境  4.1  線性匯編語言簡介    4.1.1  線性匯編語言的基本結(jié)構(gòu)    4.1.2  線性匯編中的偽指令    4.1.3  匯編優(yōu)化器選項(xiàng)  4.2  軟件開發(fā)流程和開發(fā)工具    4.2.1  開發(fā)流程和常用開發(fā)工具    4.2.2  C6000程序基本結(jié)構(gòu)    4.2.3  其他代碼開發(fā)工具  4.3  集成開發(fā)環(huán)境（Code Composer Studio）    4.3.1  CCS概述    4.3.2  CCS的安裝    4.3.3  CCS的設(shè)置    4.3.4  CCS項(xiàng)目的創(chuàng)建    4.3.5  源程序的編輯    4.3.6  CCS項(xiàng)目的構(gòu)建（Build）    4.3.7  程序調(diào)試的基本操作    4.3.8  多處理器調(diào)試    4.3.9  斷點(diǎn)和探測點(diǎn)（Break Points and Probe Points）    4.3.10  文件輸入、輸出與探測點(diǎn)    4.3.11  加載、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件    4.3.12  圖形窗口    4.3.13  存儲(chǔ)器映射（Memory Maps）    4.3.14  變量觀察窗口    4.3.15  代碼剖析（Profile）    4.3.16  GEL語言  習(xí)題四第五章  TMS320C6000的軟件編程及代碼優(yōu)化  5.1  概述  5.2  TMS320C6000的C語言編程及優(yōu)化    5.2.1  TMS320C6000 C/C++編譯器簡介    5.2.2  編寫及編譯C語言程序    5.2.3  優(yōu)化C語言程序  5.3  通過線性匯編優(yōu)化匯編代碼    5.3.1  寫并行代碼    5.3.2  使用字訪問短型數(shù)據(jù)和使用雙字訪問字（數(shù)據(jù)打包處理）    5.3.3  軟件流水    5.3.4  多周期循環(huán)的模編排    5.3.5  其他優(yōu)化  習(xí)題五附錄A  TMS320C6000匯編指令匯總表附錄B  TMS320C6000與存儲(chǔ)器有關(guān)的指令匯總參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第二章TMS320C6000體系結(jié)構(gòu)2.1TMS320C6000系列概述2.1.1TMS320C6000簡介1997年，美國TI公司發(fā)布了新一代DSPs芯片TMS320C6000，包括定點(diǎn)系列和浮點(diǎn)系列，其中定點(diǎn)系列是TMS320C62xx，浮點(diǎn)系列是TMS320C67xx，二者相互兼容。最早推出的C6201的運(yùn)算速度已經(jīng)達(dá)到1600MIPS，在業(yè)界首次突破1000MIPS，在數(shù)字信號處理器處理能力上創(chuàng)造了新的里程碑，并因此獲得美國EDN雜志“1997年度創(chuàng)新大獎(jiǎng)”。2000年3月，TI發(fā)布了新的C64xx內(nèi)核，主頻1.1GHz，處理速度接近9000MIPS，總體性能比C62xx提高了10-15倍。其中C6414在600MHz主頻下，只利用50％的運(yùn)算能力就可以同時(shí)進(jìn)行單通道MPEG-4視頻編碼、單通道MPEG-4視頻解碼和單通道MPEG-2視頻編碼的處理。2.1.2TMS320C6000的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)C6000系列DSPs最主要的特點(diǎn)是在體系結(jié)構(gòu)上采用了Veloci TI甚長指令字（VLIW，Very Long Instruction Word）結(jié)構(gòu)。VLIW體系結(jié)構(gòu)DSPs中，是由一個(gè)超長的機(jī)器指令字來驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的多個(gè)功能單元（這也是V11w名字的由來）。每個(gè)指令字包含多個(gè)字段（指令），字段之間相互獨(dú)立，各自控制一個(gè)功能單元，因此可在單周期發(fā)射多條指令，實(shí)現(xiàn)很高的指令級并行效率。編譯器在對匯編程序進(jìn)行編譯的過程中，決定代碼中那些指令合成一個(gè)甚長機(jī)器指令，在一個(gè)周期中并行執(zhí)行。這種指令上的并行安排是靜態(tài)的，一旦決定，無論DSPs任何時(shí)候運(yùn)行，它都保持不變。VLIW體系結(jié)構(gòu)也可以看做是一種依賴于編譯器的超標(biāo)量實(shí)現(xiàn)方案，而且比一般的超標(biāo)量結(jié)構(gòu)更易于實(shí)現(xiàn)。C6000的VLIW采用了類RISC指令集，使用大的、統(tǒng)一的寄存器堆，結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有潛在的易編程性和良好的編譯性能，在科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域可以發(fā)揮良好的作用。TI公司配合C6000推出了世界上第一個(gè)效率可達(dá)60％。70％的匯編語言級C編譯器，它產(chǎn)生的代碼的平均效率是以往DSPs編譯器的3倍。

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《DSP單片機(jī)原理及應(yīng)用》為石油高等院校特色教材之一。

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