软硬件基础-dsp培训

DSP硬件开发培训主讲人：陈健今天的学习内容DSP的概述DSP硬件系统的开发设计基础TMS320C54xDSP的CPU和存储器DSP的中断使用DSP的时钟信号线的布置TMS320VC5402最小系统的设计第一部分：DSP概述模拟信号（AnalogSignals）：在时域中，时间和幅值连续变化的信号，例如：声音、温度、压力等等数字信号（DigitalSignals）：对模拟信号按一定的时间间隔进行采样，并将采样值进行量化，也即时间和幅值均为离散的信号数字信号处理（DigitalSignalProcessing）：用数学方法对上述的数字信号进行处理，对信号进行变化或提取相应的信息实时处理（Real-Time）：数字信号处理与信号的输入和输出保持同步非实时处理（NonReal-Time）：先对信号进行采样并存储，然后再对其进行处理数字信号处理器（DigitalSignalProcessor）：用于实时完成上述数字信号处理的微处理器什么是DSP（1）1.DSP的发展历史1982年TI公司成功推出了第一代DSP芯TMS32010很快TI公司推出了第二代DSP芯片TMS3202020世纪80年代后期，TI公司推出了第三代DSP芯片TMS32C3x20世纪90年代，TI公司相继推出了第四代DSP片TMS32C4x，第五代DSP芯片TMS32C5x/C54x以及集多个DSP核一体的高性能DSP芯片TMS32C8x等第六代DSP芯片TMS32C62x/C67x/C64x，以及最新的DSP芯片TMS32C55x+ARM核＝OmapDSP的发展历史（续）TMS320C5000™LowestPower/MIPSDSPsintheWorldMostControl-OptimizedDSPsintheWorldTMS320C2000™Highest-PerformanceDSPsintheWorldTMS320C6000™TI公司主推的三大DSP平台OpticalNetworkingControloflaserdiodeTVscreenDeflectionofelectronbeamforsmallangleandsharpcornerTVscreenAutomotive-EPSBatteryoperatedprecisionforsteeringPrinterPrintheadcontrolPaperpathmotorcontrolDigitalPowerSupplyProvidescontrol,sensing,PFC,andotherfunctions“Segway”ManynewcoolApplicationtocomeTirePressureLowcostpressuresensingbasedontirerotationspeedmeasurementC2000系列DSP应用领域C5000系列DSP的应用TIDSPsin60%ofalldigitalcellphonesTIDSPschosenby8oftop10internetconsumerelectronicmanufacturersTIDSPschosenby7oftop8digitalstillcameramanufacturersTIDSPsin80%ofIPphonedesignsTIhas80%ofVoIPGatewaymarketTIDSPsusedin8ofthetop10wirelessinfrastructuresC5000系列DSP子系列C54x子系列：16位定点DSP、100～160MIPS代表器件：TMS320VC5402、VC5409、VC5410、VC5416C55x子系列：16位定点DSP、400MIPS代表器件：TMS320VC5510、VC5509、VC5502C54x＋ARM7子系列：代表器件：TMS320VC5470、VC5471、DSC21C55x＋ARM9子系列：即OMAP平台：OpenMultimediaApplicationsPlatform代表器件：OMAP5910•DSLmodems•Pooledmodems•Basestationtransceivers•WirelessLAN•EnterprisePBX•Speechrecognition•Multimediagateway•Professionalaudio•Networkedcamera•Machinevision•Securityidentification•Industrialscanner•Highspeedprinter•AdvancedencryptionBroadbandCommunicationsWireless3GBaseStationsMedicalImagingC6000系列DSP的应用C6000系列DSP子系列C62x子系列：32位定点DSP、1200～2400MIPS代表器件：TMS320C6211C67x子系列：32位浮点DSP、1200～1800MIPS，900～1350MFLOPS代表器件：TMS320C6711、C6712、C6713C64x子系列：32位定点DSP，4000～5760MIPS代表器件：TMS320C66414、C6415、C6416第二部分：硬件开发DSP系统功能框图DSP时钟：•CPU时钟•EMIF时钟•外设时钟VcoreVI/O电源：•电源供电•电源监视•系统监视手动复位看门狗电路存储器：•异步存储接口SRAM、Flash、NvRAM……•同步存储器同步静态RAM：SBSRAM、ZBTSRAM同步动态RAM：SDRAM同步FIFO模拟I/O：•通用A/D、D/A•音频Codec•视频Decoder、Encoder•……数字I/O：•开入／开出•串行通信接口UART（RS232、RS422/RS485）CAN总线USB……多处理器接口：•双口RAM（DPRAM）•HPI接口•PCI接口总线扩展•存储总线•外设总线•系统总线：复位、•时钟、中断……DSP外部接口CLKCPUCLKEMIFCLKI/O数据地址控制片上外设RESET电源DSP系统需要的电源种类数字电源和模拟电源电源滤波电源对PCB布局的影响供电方案及器件选型上电次序电源监视与系统监视电源电路实例电源TIDSP上有5类典型电源引脚：1.CPU核电源引脚2.I/O电源引脚3.PLL电路电源引脚4.Flash编程电源引脚（仅C2000系列DSP有）5.模拟电路电源引脚（仅C2000系列DSP有）将DSP上的所有电源引脚连到各自的供电电源上TMS320™DSP核电源I/O电源模拟电源PLL电源Flash电源核地I/O地模拟地PLL地给TIDSP供电电源数字和模拟部分独立供电TMS320™DSP数字部分模拟部分外部模拟电路外部数字电路数字地模拟地模拟电源数字电源电源从（有噪声的）数字电源产生模拟电源被动去耦电路：简单对大多数应用已经可以满足要求数字电源模拟电源被动滤波电路数字地模拟地电源从（有噪声的）数字电源产生模拟电源多路稳压器方法稳压器B稳压器A+V0V数字电源模拟电源来自整流器数字地模拟地电源电源旁路滤波旁路电容起电荷池的作用，以减少电源上的噪声，旁路电容一般采用瓷片电容通常每个电源引脚加一个旁路电容，以平滑电源的波动。旁路电容旁路电容电源电源对PCB布局的影响（1）旁路电容大电容供电电源滤波电容反馈线稳压器电源电源对PCB布局的影响（2）旁路电容大电容供电电源滤波电容数字地模拟地数字电源（没有显示）反馈线稳压器电源DSP系统电源方案直流输入线性稳压器开关电源控制器开关电源模块优点：简单、成本低缺点：效率低优点：大电流、高效率缺点：占地大优点：高效率、方便缺点：成本高直流输出直流输出直流输出5VVcoreVI/O电源电源器件选型：步骤用哪种类型的电源器件输入电压输出电压Ø输出电压是否可调Ø输出电压的路数输出电流控制／状态：EN控制、PowerGood状态电源电源器件选型：常用器件（1）线性稳压器：双路输出TPS767D318：5V3.3V／1.8V1A／1AENTPS767D301：5V3.3V／可调1A／1AEN单路输出TPS76333：5V3.3V150mAENTPS7333：5V3.3V500mAENTPS76801：5V可调1AENPGTPS76833：5V3.3V1AENPGTPS75701：5V可调3AENPGTPS75733：5V3.3V3AENPGTPS75501：5V可调5AENPGTPS75533：5V3.3V5AENPG电源电源器件选型：常用器件（2）开关电源控制器：双路输出TPS56300：5V1.3V～3.3V（可设置）取决于MOS管TPS5602：5V可调节取决于MOS管单路输出TPS56100：5V1.3～2.6V（可设置）取决于MOS管开关电源模块：双路输出PT6931：5V3.3V／1.8V5.5A／1.75APT6932：5V3.3V／1.5V5.5A／1.45A电源电源监视与系统监视SVS：电源电压监视器件主要功能：监测电源电压，当不满足要求时，产生复位信号辅助功能：上电复位、手动复位、看门狗电路常用的SVS器件：TPS3823-33：具有电压监测、上电复位、手动复位和看门狗电路TPS3809K33：仅有电压监测和上电复位功能电源电源电路实例（1）电源电源电路实例（2）时钟基础知识晶体Crystal晶体谐振器的简称，是一种压电石英晶体器件，具有一个固有的谐振频率，在恰当的激励作用下，以其固有频率振荡。振荡电路Oscillator为晶体提供激励和检测的电路晶振CrystalOscillator将晶体、振荡器和负载电容集成在一起，其输出直接为一方波时钟信号。锁相环电路PLL（Phase-LockedLoops）用于对输入时钟信号进行分频或倍频的电路晶体振荡电路时钟哪些器件需要时钟DSPCPU时钟EMIF时钟（仅C55x和C6000系列DSP）串行通信器件UARTUSB……音频／视频器件AudioCodec器件VideoDecoder和Encoder器件……时钟时钟电路：晶体优点：电路简单：只需晶体＋2个电容价格便宜，占地小时钟信号电平自然满足要求缺点：驱动能力差，不同给其他器件使用频率范围小：20KHz～60MHz注意：负载电容：配置正确的负载电容C6000、C5510等DSP无OSCCLOAD=C1xC2C1+C2DSPC1C2InternalOscillator晶体时钟时钟电路：晶振晶振C1C2Oscillator优点：电路简单占地小频率范围宽：1Hz～400MHz驱动能力强：可提供多个器件使用缺点：成本较高频率生产时已确定，多个独立的时钟需要多个晶振注意：使用时要注意时钟信号电平，一般为5V或3.3V，要求1.8V电平的时钟不能选用，如VC5401、VC5402、VC5409和F281x时钟时钟电路选择原则系统中要求多个不同频率的时钟信号时，首选可编程时钟芯片；单一时钟信号时，选择晶体时钟电路；多个同频时钟信号时，选择晶振；尽量使用DSP片内的PLL，降低片外时钟频率，提高系统的稳定性；C6000、C5510、C5409A、C5416、C5420、C5421和C5441等DSP片内无振荡电路，不能用晶体时钟电路VC5401、VC5402、VC5409和F281x等DSP时钟信号的电平为1.8V，建议采用晶体时钟电路时钟时钟对PCB布局的影响用被动元件滤波方式给时钟电路供电，供电电源加10～100μF钽电容旁路，每个电源引脚加0.01～0.1μF瓷片电容去耦；晶振、负载电容、PLL滤波器等应尽可能靠近时钟器件；在靠近时钟源的地方串接10–50Ω端接电阻，以提高时钟波形的质量。存储器异步存储器接口SRAM、Flash、NvRAM……许多模拟／数字I/O也采用异步存储器接口形式同步存储器