TMS320C55x DSP原理及應(yīng)用

前言

　　歷經(jīng)三十年的發(fā)展，數(shù)字信號處理器（DSP）的應(yīng)用范圍已經(jīng)遍及軍用電子、消費(fèi)電子、工業(yè)控制等重要領(lǐng)域，各種嶄新的應(yīng)用層出不窮，這些應(yīng)用對DSP的處理能力、功耗、體積以及開發(fā)的方便程度都提出了較高要求。而第三代DSP則以其強(qiáng)大的數(shù)字信號處理能力、超低功耗和適合手持設(shè)備的超小型封裝等特點(diǎn)，較好地滿足了新一代電子產(chǎn)品的要求，以CCS為代表的集成開發(fā)環(huán)境為應(yīng)用者提供了方便、快捷的DSP開發(fā)手段。　　C55x系列處理器在兼容C54x系列處理器指令集的基礎(chǔ)上，將處理速度提高到200 MHz～300MHz，而對DSP內(nèi)核又進(jìn)行了重大改進(jìn)，將強(qiáng)大的處理能力和超低功耗完美結(jié)合，成為新一代數(shù)字信號處理器的典型代表。正是因?yàn)镃55x系列處理器具有這些特點(diǎn)，所以特別適合嵌入式數(shù)字信號處理方面的應(yīng)用。我們從2003年起將所使用的平臺由C54x系列處理器轉(zhuǎn)換為C55x系列處理器，先后在軟件無線電、超聲波探測等多個項(xiàng)目中應(yīng)用C55x處理器，取得了較好的效果。作者在2004年編寫了《TMS320C5000系列DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)例》（第一版），對應(yīng)用心得和成果作了階段性的總結(jié)，經(jīng)過幾年的積累，在汲取讀者反饋意見的基礎(chǔ)上，我們投入到了《TMS320C55x DSP原理及應(yīng)用》（第二版）的編寫當(dāng)中。　　為了適應(yīng)初學(xué)者的需要，《TMS320C55x DSP原理及應(yīng)用》（第二版）在內(nèi)容上注意了由淺入深、圖文并茂，全面系統(tǒng)地展開論述，在每章之后附上習(xí)題，方便讀者理解和復(fù)習(xí)本章的內(nèi)容；本書還對C55x芯片支持庫、數(shù)字信號處理庫和圖像、視頻處理庫進(jìn)行了介紹，并在附錄中對數(shù)字信號處理庫和圖像、視頻處理庫的函數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明；本書增加了大量的軟硬件應(yīng)用實(shí)例，并將篇幅擴(kuò)展為兩章。在書中介紹了大量實(shí)用DSP系統(tǒng)，能夠滿足DSP人員之所需，書中所列出的大量典型的應(yīng)用實(shí)例，可在實(shí)際開發(fā)中直接引用，相信能夠給開發(fā)者帶來一些有益的幫助?！　”緯?章結(jié)合德州儀器公司的DSP產(chǎn)品對DSP技術(shù)的發(fā)展概況進(jìn)行了介紹，讀者可以根據(jù)本章內(nèi)容和需求選取適合的DSP芯片；第2章重點(diǎn)介紹了TMS320VC55x處理器的硬件結(jié)構(gòu)，并以TMS320VC5509為例介紹了C55x處理器的主要特性和功能，最后介紹了DSP的存儲空間結(jié)構(gòu)；第3章在介紹數(shù)字信號處理和DSP系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了C55x處理器的匯編指令和尋址方式；第4章介紹了C55x處理器的程序基本結(jié)構(gòu)，C語言編程以及優(yōu)化，C與匯編語言的混合編程，通用目標(biāo)文件格式，最后對C55x處理器的數(shù)字信號處理庫和圖像、視頻處理庫進(jìn)行了介紹；第5章介紹了TMS320C55x系列片內(nèi)集成外設(shè)的結(jié)構(gòu)、功能，以及芯片支持庫的使用和驅(qū)動程序的開發(fā)，并給出了部分片內(nèi)外設(shè)的測試過程；第6章介紹了DSP的集成開發(fā)環(huán)境CCS的原理和使用；第7、8章則詳細(xì)介紹了DSP軟、硬件的設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用實(shí)例。本書還附有光盤，內(nèi)容包括教學(xué)課件和軟件實(shí)例?！　”緯赏舸好凡邉?，汪春梅編寫了其中第2、3、6、8章，第1、4、5、7章由孫洪波編寫，全書由鄒俊忠審校。在編寫過程中，葉宏、倪繼鋒、賈紅濤、朱品昌、王學(xué)剛等給予了支持和幫助，北京瑞泰創(chuàng)新科技有限公司的李心陽工程師提供了部分技術(shù)資料，電子工業(yè)出版社給予了極大的鼓勵和支持。作者在此一并致謝?！　”緯瓤梢宰鳛榇笾袑Ｔ盒５倪x修課教材，也可作為電子工程技術(shù)人員的參考書籍?！　∠Ｍ藭鴮ψx者有所裨益，也希望有助于DSP技術(shù)的推廣。限于作者的水平，書中的錯誤在所難免，懇請讀者不吝賜教！

內(nèi)容概要

本書以TMS320C55x DSP為重點(diǎn)，全面介紹了TMS320C5000 DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)。首先詳細(xì)介紹了數(shù)字信號處理器的硬件結(jié)構(gòu)、匯編指令、存儲空間結(jié)構(gòu)和尋址方式；其次介紹了C55x 處理器中C語言與匯編語言的混合編程方法；然后從應(yīng)用的角度，結(jié)合片內(nèi)集成外設(shè)的結(jié)構(gòu)和功能，給出了片內(nèi)集成外設(shè)驅(qū)動程序開發(fā)方法及部分片內(nèi)外設(shè)的調(diào)試方法；最后結(jié)合DSP軟/硬件的設(shè)計(jì)，給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方法和豐富的應(yīng)用實(shí)例。本書還對DSP的集成開發(fā)環(huán)境CCS的使用方法進(jìn)行了詳盡的描述。    本書旨在從應(yīng)用的角度使讀者了解TMS320C55x DSP的體系結(jié)構(gòu)和基本原理，熟悉DSP芯片的開發(fā)工具和使用方法，掌握DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟/硬件開發(fā)。    本書內(nèi)容豐富、新穎、實(shí)用性強(qiáng)，適合從事數(shù)字信號處理的科技人員和高校師生閱讀。

書籍目錄

第1章  數(shù)字信號處理和DSP系統(tǒng)  1.1  實(shí)時數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展  1.2  數(shù)字信號處理器的特點(diǎn)    1.2.1  存儲器結(jié)構(gòu)    1.2.2  流水線    1.2.3  硬件乘法累加單元    1.2.4  零開銷循環(huán)    1.2.5  特殊的尋址方式    1.2.6  高效的特殊指令    1.2.7  豐富的片內(nèi)外設(shè)  1.3  德州儀器公司的DSP產(chǎn)品    1.3.1  C24x系列和C28x系列    1.3.2  C62x系列和C64x系列    1.3.3  C67x系列和C33    1.3.4  C54x系列和C55x系列  1.4  DSP芯片的選擇    1.4.1  運(yùn)算速度    1.4.2  算法格式和數(shù)據(jù)寬度    1.4.3  存儲器    1.4.4  功耗    1.4.5  開發(fā)工具  1.5  DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程  思考與練習(xí)題第2章  TMS320C55x的硬件結(jié)構(gòu)  2.1  TMS320C55x DSP的基本結(jié)構(gòu)    2.1.1  C55x 的CPU體系結(jié)構(gòu)    2.1.2  指令緩沖單元（I）    2.1.3  程序流程單元（P）    2.1.4  地址流程單元（A）    2.1.5  數(shù)據(jù)計(jì)算單元（D）    2.1.6  指令流水線  2.2  TMS320VC5509A的主要特性    2.2.1  VC5509A的主要特性    2.2.2  VC5509A的引腳功能  2.3  TMS320C55x 存儲空間結(jié)構(gòu)    2.3.1  存儲器映射    2.3.2  程序空間    2.3.3  數(shù)據(jù)空間    2.3.4  I/O空間  思考與練習(xí)題第3章  TMS320C55x的指令系統(tǒng)  3.1  尋址方式    3.1.1  絕對尋址模式    3.1.2  直接尋址模式    3.1.3  間接尋址模式  3.2  TMS320C55x的指令系統(tǒng)    3.2.1  C55x指令的并行執(zhí)行    3.2.2  TMS320C55x DSP的匯編指令  思考與練習(xí)題第4章  C55x處理器的軟件設(shè)計(jì)  4.1  C55x處理器程序基本結(jié)構(gòu)    4.1.1  自我調(diào)度程序的基本結(jié)構(gòu)    4.1.2  應(yīng)用嵌入式操作系統(tǒng)  4.2  C語言程序開發(fā)及優(yōu)化    4.2.1  C語言中的數(shù)據(jù)類型    4.2.2  對I/O空間進(jìn)行尋址    4.2.3  interrupt關(guān)鍵字    4.2.4  onchip關(guān)鍵字    4.2.5  C語言的優(yōu)化  4.3  C語言與匯編語言的混合編程    4.3.1  在C語言中直接嵌套匯編語句    4.3.2  C語言調(diào)用匯編模塊的接口  4.4  通用目標(biāo)文件格式    4.4.1  C/C++和匯編語言中段的分配    4.4.2  寄存器模式設(shè)置    4.4.3  鏈接命令文件  4.5  C55x處理器的數(shù)字信號處理庫和圖像、視頻處理庫    4.5.1  C55x的數(shù)字信號處理庫    4.5.2  C55x的圖像、視頻處理庫  思考與練習(xí)題第5章  TMS320C55x的片內(nèi)集成外設(shè)開發(fā)及測試  5.1  C55x片內(nèi)外設(shè)與芯片支持庫簡介  5.2  時鐘發(fā)生器    5.2.1  時鐘模式寄存器    5.2.2  工作模式    5.2.3  CLKOUT輸出    5.2.4  使用方法    5.2.5  使用方法及實(shí)例    5.2.6  時鐘發(fā)生器的調(diào)試  5.3  通用定時器    5.3.1  結(jié)構(gòu)框圖    5.3.2  工作原理    5.3.3  使用方法    5.3.4  通用定時器的應(yīng)用    5.3.5  通用定時器的調(diào)試  5.4  外部存儲器接口    5.4.1  功能與作用    5.4.2  外部寄存器接口硬件連接與配置    5.4.3  外部寄存器接口的軟件設(shè)置　5.5  主機(jī)接口（EHPI）    5.5.1  EHPI接口的非復(fù)用連接方式    5.5.2  EHPI接口的復(fù)用連接方式    5.5.3  EHPI口的寄存器　5.6  多通道緩沖串口McBSP    5.6.1  概述    5.6.2  組成框圖    5.6.3 采樣率發(fā)生器    5.6.4  多通道選擇    5.6.5  異常處理    5.6.6  McBSP寄存器    5.6.7  多通道緩沖串口的應(yīng)用    5.6.8  McBSP串口的測試　5.7  通用輸入/輸出端口GPIO    5.7.1  GPIO口概述    5.7.2  上電模式設(shè)定    5.7.3  驅(qū)動程序開發(fā)    5.7.4  通用輸入/輸出GPIO的測試　5.8  DMA控制器    5.8.1  概述    5.8.2  通道和端口    5.8.3  HPI的配置    5.8.4  DMA傳輸配置    5.8.5  DMA控制器的寄存器    5.8.6  使用方法及實(shí)例　5.9  I2C總線    5.9.1  I2C總線簡介    5.9.2  I2C寄存器    5.9.3  I2C模塊的使用　5.10  多媒體卡控制器    5.10.1  多媒體卡控制器簡介    5.10.2  MMC/SD模式    5.10.3  SPI模式    5.10.4  MMC控制器的應(yīng)用　5.11  通用串行總線（USB）    5.11.1  通用串行總線（USB）簡介    5.11.2  USB的DMA控制器    5.11.3  USB模塊的寄存器    5.11.4  USB模塊的應(yīng)用　5.12  模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）    5.12.1  模/數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)和時序    5.12.2  模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的寄存器    5.12.3  使用方法及實(shí)例　5.13  實(shí)時時鐘（RTC）    5.13.1  實(shí)時時鐘基本結(jié)構(gòu)    5.13.2  實(shí)時時鐘的內(nèi)部寄存器    5.13.3  實(shí)時時鐘的應(yīng)用　5.14  看門狗定時器（Watchdog）    5.14.1  工作方式    5.14.2  寄存器說明    5.14.3  看門狗定時器的應(yīng)用　5.15  異步串口（UART）    5.15.1  異步串口基本結(jié)構(gòu)    5.15.2  異步串口寄存器    5.15.3  異步串口的應(yīng)用　思考與練習(xí)題第6章  DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS　6.1  CCS功能簡介　6.2  CCS安裝與設(shè)置    6.2.1  CCS軟件安裝    6.2.2  CCS設(shè)置　6.3  CCS的基本操作    6.3.1  CCS的窗口和工具條    6.3.2  文件的編輯    6.3.3  反匯編窗口的使用    6.3.4  存儲器窗口的使用    6.3.5  寄存器窗口的使用    6.3.6  觀察窗口的使用　6.4  創(chuàng)建工程項(xiàng)目    6.4.1  工程項(xiàng)目的建立、打開和關(guān)閉    6.4.2  向工程項(xiàng)目添加各類文件    6.4.3  工程項(xiàng)目的構(gòu)建　6.5  利用CCS調(diào)試程序    6.5.1  裝載并運(yùn)行程序    6.5.2  斷點(diǎn)的使用    6.5.3  探針點(diǎn)的使用    6.5.4  圖形工具的使用　6.6  程序分析工具的使用　6.7  GEL工具的使用　6.8  CCS開發(fā)DSP軟件使用舉例　思考與練習(xí)題第7章  TMS320C55x硬件設(shè)計(jì)實(shí)例　7.1  DSP最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)    7.1.1  C55x的電源設(shè)計(jì)    7.1.2  復(fù)位電路設(shè)計(jì)    7.1.3  時鐘電路設(shè)計(jì)    7.1.4  JTAG接口電路設(shè)計(jì)    7.1.5  程序加載部分　7.2  A/D與D/A設(shè)計(jì)    7.2.1  串行多路A/D設(shè)計(jì)    7.2.2  高速并行A/D設(shè)計(jì)    7.2.3  并行D/A設(shè)計(jì)　7.3  C55x在語音系統(tǒng)中的應(yīng)用　7.4  手寫系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)　7.5  C55x在軟件無線電中的應(yīng)用　思考與練習(xí)題第8章  TMS320C55x軟件設(shè)計(jì)實(shí)例　8.1  卷積算法    8.1.1  卷積算法    8.1.2  卷積算法的MATLAB實(shí)現(xiàn)    8.1.3  卷積算法的DSP實(shí)現(xiàn)　8.2  有限沖激響應(yīng)濾波器（FIR）的實(shí)現(xiàn)    8.2.1  有限沖激響應(yīng)濾波器的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)    8.2.2  有限沖激響應(yīng)濾波器的MATLAB設(shè)計(jì)    8.2.3  有限沖激響應(yīng)濾波器DSP實(shí)現(xiàn)　8.3  無限沖激響應(yīng)濾波器（IIR）的實(shí)現(xiàn)    8.3.1  無限沖激響應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)    8.3.2  無限沖激響應(yīng)濾波器的MATLAB設(shè)計(jì)    8.3.3  無限沖激響應(yīng)濾波器的DSP實(shí)現(xiàn)　8.4  快速傅里葉變換（FFT）    8.4.1  快速傅里葉變換（FFT）算法    8.4.2  快速傅里葉變換（FFT）的DSP實(shí)現(xiàn)　8.5  語音信號編碼解碼（G.711）    8.5.1  語音信號編解碼原理　　8.5.2  語音信號編解碼的DSP實(shí)現(xiàn)　8.6  數(shù)字圖像的銳化　8.7  Viterbi譯碼　思考與練習(xí)題附錄A  寄存器附錄B  VC5510中斷附錄C  TMS320C55x的狀態(tài)寄存器附錄D  TMS320C55x的匯編指令集附錄E  TMS320C55xDSP庫函數(shù)附錄F  VC5509系統(tǒng)部分原理圖習(xí)題答案參考文

章節(jié)摘錄

　　第1章　數(shù)字信號處理和DSP系統(tǒng)　　當(dāng)?shù)轮輧x器（TI）公司于1982年推出第一款商用數(shù)字信號處理器時，誰也不會想到它竟能給世界帶來如此大的變化。從移動通信到消費(fèi)電子領(lǐng)域，從汽車電子到醫(yī)療儀器，從自動控制到軍用電子系統(tǒng)中都可以發(fā)現(xiàn)它的身影。剛誕生的第一代數(shù)字信號處理器僅包含了55000個晶體管，4KB內(nèi)存，指令處理能力只有5MIPS（每秒百萬條），經(jīng)過20余年的發(fā)展，單核數(shù)字信號處理器的處理能力已經(jīng)達(dá)到9600MIPS的驚人速度，尋址能力高達(dá)1280MB。數(shù)字信號處理器給世界帶來了巨大的變化，未來可能的應(yīng)用包括無人駕駛汽車、精確化的樓宇照明控制、自動識別并報(bào)警的安防系統(tǒng)等，有無數(shù)令人興奮的應(yīng)用在等待我們?nèi)ラ_拓。那么就讓我們進(jìn)入這個充滿變化、充滿挑戰(zhàn)，而又擁有無限精彩的DSP（數(shù)字信號處理器）世界吧。　　1.1　實(shí)時數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展　　20世紀(jì)60年代以來，隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速發(fā)展。80年代以前，由于方法的限制，數(shù)字信號處理技術(shù)處于理論研究階段，還得不到廣泛的應(yīng)用。在此階段，人們利用通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字濾波、頻譜分析等算法的研究，以及數(shù)字信號處理系統(tǒng)的模擬和仿真。而將數(shù)字信號處理技術(shù)推向高峰的則是實(shí)時數(shù)字信號處理技術(shù)的高速發(fā)展?！　?shí)時數(shù)字信號處理對數(shù)字信號處理系統(tǒng)的處理能力提出了嚴(yán)格的要求，所有運(yùn)算、處理都必須小于系統(tǒng)可接受的最大時延。以視頻會議為例，從發(fā)送端圖像、聲音信號的采集、壓縮，通過信道傳輸，到接收端完成數(shù)據(jù)接收，圖像、聲音信號的解壓、還原，其中任何一個處理環(huán)節(jié)都應(yīng)滿足最大時延要求，否則將出現(xiàn)圖像、聲音信號的間斷，從而影響視頻會議的正常進(jìn)行，如果每個數(shù)據(jù)包都包含了20ms的音、視頻信號，可以很容易得出整個系統(tǒng)的整體延遲必須小于500ms，而每個數(shù)據(jù)包的處理時間必須小于20ms才能滿足系統(tǒng)實(shí)時處理要求。

編輯推薦

　　為了適應(yīng)初學(xué)者的需要，《TMS320C55x DSP原理及應(yīng)用》（第二版）在內(nèi)容上注意了由淺入深、圖文并茂，全面系統(tǒng)地展開論述，在每章之后附上習(xí)題，方便讀者理解和復(fù)習(xí)本章的內(nèi)容；本書還對C55x芯片支持庫、數(shù)字信號處理庫和圖像、視頻處理庫進(jìn)行了介紹，并在附錄中對數(shù)字信號處理庫和圖像、視頻處理庫的函數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)說明；本書增加了大量的軟硬件應(yīng)用實(shí)例，并將篇幅擴(kuò)展為兩章。在書中介紹了大量實(shí)用DSP系統(tǒng)，能夠滿足DSP人員之所需，書中所列出的大量典型的應(yīng)用實(shí)例，可在實(shí)際開發(fā)中直接引用，相信能夠給開發(fā)者帶來一些有益的幫助。

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