DSP原理及应用学习.pptx

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1、DspslDigital VideoWireless InfrastructureTelecom InfrastructureWireless InfrastructurenAdaptive antenna arraynBasestation nMedia gateway Telecom InfrastructurenRemote access server/universal portsnPBX(private branch exchange)nVoIP gateway/server ImagingImagingnMedical diagnostics nMachine vision/ins

2、pectionnRadar,sonar and defense Digital VideonStatistical remultiplexor/broadband routersnNetworked video surveillance nIP-based video conferencing High-Performance Digital Signal Processing Applications That C6000 DSP Serves Well第1页/共62页DspslEnhanced C64x+Core:Higher Performance and Reduced Code Si

3、zeBenefitSupporting Architecture Features20%Higher Cycle Performance Doubled multiplication bandwidthInstruction set enhancements for FFT,FIR and DCTNew EDMA 3.0 engine2030%Smaller Code Size16-bit compact instructionsSPLOOP bufferEnhanced DevelopmentReal-time bandwidth managementMemory protectionBet

4、ter DebugException handlingCache coherency visibilityMemory Protection128128Unified Memory Controller(UMC)Memory ProtectionBandwidth Mgmt.IDMAData Path 1Data Path 2A Register FileInterrupt&ExceptionControllerS1L1M1xxxxData Memory Controller(DMC)External Memory Controller(EMC)DMA Slave I/F256Program

5、Memory Controller(PMC)256128Master Port(CPU/cache req.)PowerControl256L1D Cache/SRAML1P Cache/SRAML2 Cache/SRAMTo EDMA3.0256D1C64x+CPUM2xxxxS2 L2D2B Register FileInstruction Decode16/32-bit Instruction DispatchSPLOOP BufferInstruction FetchAdvanced EventTriggering(AET)Memory ProtectionBandwidth Mgmt

6、.25625625612864Bandwidth Mgmt.32TMS320C64x+DSP CoreNew FeatureImproved From C64x100%Object Code Compatibility第2页/共62页Dspsl16-bit FIR24 taps,128 samples32-bit FIR24 tap64 samples16-bit complex FIR24 taps40 samples 1.9x1.5x1.9xImproved Filter PerformanceCoefficients1.6x(3.9 us)1.3x(6.4 us)1.6x(7.7 us)

7、16-bit Data16-bit 32-bit 16-bit 32-bit 32-bit Improved FFT PerformanceC64x+:20%Cycle Performance Improvement Due to New Instruction Set Architecture(ISA)1.2x1.3xIDCTDCTImproved IDCT/DCT Performance第3页/共62页DspslTMS320C6455 DSP Infrastructure Aggregation:“Much Higher Bandwidth and Lower System Cost”Vi

8、deo ConferencingPREVIOUSLYRapidIORapidIORapidIODecodingMixing&EncodingRapidIORapidIOIPVideo ConferencingNOW with C6455 DSPIPDecodingMixing&EncodingGEMACGEMACGEMACGEMACC6455C6455C6455C6455H.263MPEG4H.264N*H.263DSP1M*MPEG4DSP2K*H.264DSP3Aggregator(ASIC or FPGA)DSP4第4页/共62页DspslSwitchSerial RapidIO Ena

9、bles Scalable Systems with Flexible Topologies1 connection to switchOr can support mesh w/4 1 linksvRing topologies via 2 1 linksvWith some local connections,toovOr 5 DSPs completely connectedC6455C6455C6455SwitchC6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6

10、455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455C6455FPGAASIC第5页/共62页DspslRapidIOBackplaneRapidIOPCIMemoryCommunications SubsystemPCI SubsystemLegacyMemoryDSP FarmTDM,GMII,UtopiaMemoryHost SubsystemI/O Control SubsystemMemoryControl ProcessorTo NetworkOther legacy or proprietary SubsystemIO Processo

11、rRapidIO toProprietaryMemoryBackplaneRapidIORapidIORapidIORapidIORapidIORapidIORapidIORapidIOCommProcessorNetworkProcessorRapidIO-to-PCIBridgeHost ProcessorASIC/FPGAHost ProcessorRapidIOSwitchRapidIOSwitchRapidIOSwitchRapidIOSwitchMemoryTo Data PathSwitch FabricSerial RapidIO Enables Flexible System

12、sDSPDSPDSPDSPRapidIO allows high-performance,packet switched peer-to-peer connectivity第6页/共62页DspslRiding the Wave RapidIO EcosystemTrainingFPGAsMemory,PHY,Framer/MapperOEMsOperating SystemsSwitchesAnalyzersSystemsProcessorsLeopard Logic Inc.IP第7页/共62页Dspsl创新灵活性 达芬奇产品集灵活性及完整性于一身达芬奇产品集灵活性及完整性于一身完整性提高

13、了效率 ASICASSPFPGADSPCPU第8页/共62页Dspsl首批完整产品系列首批完整产品系列,实现数字视频创新实现数字视频创新 处理器：数字视频 SoC DVEVM数字视频评估板工具：经认证的软硬件开发 TMS320DM6443 视频解码TMS320DM6446 视频编码解码DM6446DM6443针对平台进行优化的多媒体编解码器 平台支持套件 Linux 支持套件 软件：经生产测试及优化的开放式软件业界认可的 API 多媒体框架 第9页/共62页Dspsl用灵活而完整的解决方案实现 OEM 产品的独创性 产品创新全新达芬奇产品全新达芬奇产品使数字视频创新变得轻松简便充分利用经生产测

14、试的集成式软硬件组件开发效率节约数月开发时间降低系统成本，多种产品采用 IP 技术 性能值使系统成本降低高达 50%第10页/共62页DspslVideo Processing Subsystem视频处理子系统TMS320DM644x 处理器 针对视频进行优化的 TMS320C64x+DSP 600MHz H.264 MPL3，30fps SD 解码 VC1/WMV9 Full D1 SD 解码 MPEG-2 MPML SD 解码 MPEG-4 ASP Full D1 SD 解码 TMS320DM6446 34.95 美元H.264 BP D1 编码 同时 H.264 BP CIF 编码 20

15、06 年万件批量单价：TMS320DM6443 29.95 美元外设后端ARM 子系统DSP 子系统视频影像协处理器(VICP)前端CCD 控制器视频接口图像缩放工具Histogram/3A预览屏幕菜单式调节(OSD)10b DAC10b DAC10b DAC10b DACEDMAATA/Compact FlashAsync EMIF/NAND/SmartMediaMMC/SDWatchdogTimerPWMPWMPWMGeneral-PurposeTimerDDR2Controller(16b/32b)USB2.0PHYVLYNQEMACWithMDIO连接性程序/数据存储SPIUARTUA

16、RTUARTI2CAudioSerialPort串行接口系统DM6443ARM926EJ-S 300 MHz CPUC64x+TM DSP 600 MHz Core资源交换中心(SCR)专用视频处理子系统 后端集成 OSD，四个视频 DAC，24 位数字 RGB 输出 视频编码器(VENC)=DM6446/6前端图像缩放工具、影像处理引擎、16 位数字输入 第11页/共62页Dspsl达芬奇软件达芬奇软件精心优化以实现简便而高效率的创新多媒体编解码器H.264MPEG4H.263WMV9VC1MPEG2JPEG AAC+AACWMA9WMA8MP3G.711G.728G.723.1G.729a

17、b操作系统与设备驱动程序 MontaVista Linux LSP开源 Linux 多媒体应用编程接口(API)业界认可的 API DaVinci API编解码器提取 处理器间通信 音频视频框架 中间件第12页/共62页Dspsl集成开发环境 IDE框架与 IPC 管理.电路板平台支持套件 MontaVista Linux开放式编程环境开放式编程环境开放式开发 多媒体编解码器库业界认可的多媒体API音频视频语音影像达芬奇数字视频 SoCDM6446DM6443DM644x第13页/共62页Dspsl达芬奇支持达芬奇支持TI 支持、相关资料、文件及硬件原理图 具备达芬奇技术与视频系统专业知识的系

18、统集成商 针对产品开发的全球支持网络 简化的数字视频创新工作第14页/共62页Dspsl代码生产环境代码生产环境(CCS-Code Composer Studio)第15页/共62页Dspsl用用Code Composer StudioCode Composer Studio编编辑辑第16页/共62页DSPS解决方案第17页/共62页DspslEnabling the Real-Time LifestyleWatch VideoGather,Store and Share KnowledgeListen to MusicCommunicate第18页/共62页DspslIn The HomeE

19、verything is Connected:era of new applications and devices第19页/共62页DspslIn The OfficeEverything is Connected:era of new applications and devices第20页/共62页DspslOn The GoEverything is Connected:era of new applications and devices第21页/共62页DspslHow Must Service Provider Networks Evolve?Higher Performing,

20、More Programmable,Lower Cost IP Networks Home Network3GFTTNxDSLFTTPCable ModemAccessNodeAggregation NetworkSecurity ServerDHCPServerSoftswitchServiceEdgeBroadcast TVInternetONTResidentialGatewayRGRGOpen Media SuiteMedia Data CenterGreater Performance and Manageability at the Edge and PremiseMulti-Se

21、rvice IP at the EdgeHosted Storage for Subscriber Content第22页/共62页DspslDSP Innovation Driven by Key ApplicationsVideo/ImagingAutomotiveInfrastructurePortableUltrasoundIP Set-Top BoxVideoSecurityVideo PhonesAutomotive InfotainmentIndustrialLane DetectionBlind SpotElectronic Power SteeringVideoConfere

22、ncingPico BasestationVideoTranscodingWiMAX BasestationCellular RadioNetworkAC Drives&Servos Hybrid VehiclesSolar&Wind InvertersUninterruptible Power SuppliesPersonal Medical DevicesBionicsAutomated External DefibrillatorMedical第23页/共62页DspslVideo/ImagingAutomotiveInfrastructureIndustrialMedicalDrive

23、n by Customer Innovation第24页/共62页DspslArchitectural Advances Lower Cost/Power Increase Performance for InnovationVideo/ImagingAutomotiveInfrastructureIndustrialMedicaluTargeted at 10 video marketsuSub$10 partsu2K customers to dateuScales from media radio to navigation to entertainment uHighest perf.

24、ADCu3x channel density vs.prioru75%BOM decreaseDM643xDM644xF28xAutoTNETV3020F28xDM6446C6455uHigher precision and performance uUltra-low power TCI6488TCI6488TCI6487DM320DM420DM355C6454C6414 C6415C6416C64xDM648DRE350DRI350C55xC24xu4x highest performing embedded-control DSPuApplication-specific integra

25、tionC6452C642xF28x第25页/共62页Dspsl“TI Announces DaVinci Technology for the Digital Still Camera Market”-dpreview Feb 06“ARCHOS Chooses TIs DaVinci Technology for its Latest Generation of Portable Video Players”-EETimes September 06“Motorola Expands Strategic Relationship with Texas Instruments to Incl

26、ude High-Volume 3G,WiMAX and OMAP Technologies.”-Jan 07“Nexvision Intros IP Video Security Camera Based on TIs DaVinci Tech”-ECN June 06“Tut Systems Selected Texas Instruments to Power Its Latest Platform for Video Processing and Delivery”-Analog&DSP April 06“LifeSize Leverages Texas Instruments Tec

27、hnology in Industrys First High Definition Video Communications Product”-Analog&DSP March 06“Texas Instruments DaVinci Technology Powers New IP Set-Top-Box Solution from Konka”-EE Times September 06“Ittiam Systems Introduces IP Video Phone Solution Based on DaVinci Technology from Texas Instruments”

28、EE Times March 06“CEL has chosen Texas Instruments DaVinci Technology for Automotive Vision platforms”-Dec 06Digital CameraVideoSecurity Video PhonesPersonal Media PlayersCell PhonesAutomotiveVisionTI Expertise Covers Full Digital Video SpectrumVideo ConferencingAutomotive Entertainment&NAVSet-top B

29、ox&Residential GatewayDLP HDTVs,DLP Projectors,Digital TV Medical ImagingVideo Infrastructure第26页/共62页DspslCaptureProcessDeliverReceiveViewDefining the Video Chain from Capture to ViewTI works with customers throughout the entire video chainAcquisition of original video content including A/D and sam

30、plingContent is encoded,transcoded,transrated and/or analyzedContent is transported via private or public networksReceived content is stored,decoded and/or transcodedContent is accessible through a viewing mechanism第27页/共62页TI DSP Systems PortfolioC6000C5000Catalog Processors&Emerging End EquipmentC

31、omms Infrastructure and Voice Digital Connected HomeMultimedia and Applications Processor Platforms第28页/共62页DspslVoice CodecRF GSM UMTSARM9TI-$MMUD-$CP15/SysIFWrite BufEmuTrafficControlSystemInterfaceMcu DMADsp periLcd/grxMcu rheaMcu periInterruptC55xDSPI-$DMARHEACPU MemoryMIF/EMIFMMUACC“应用”引擎OMAP“无

32、线接口”引擎3G CoprocessorsC55xDSPI-$DMARHEACPU MemoryMEMIFEmuARM9TRTCDsp periMcu rheaMcu periInterruptStandard Peripherals2 2GGLow-EndClassicFashion面向话音面向数据3 3GGData convertersAnalog BB filtersPower mgmt3 3G PDAG PDA面向无线通信终端的解决方案 可编程可编程 DSP:DSP:因特网设备的核心引擎因特网设备的核心引擎第29页/共62页DspslInternetVoice NetworkCellu

33、lar/PCSLongRangeWirelessNetworkFixed NetworkFuture Smart Homes with Embedded TTSBusinesses,Shopping MallsShortRangeRouters802.11a/16 InfoPortsTelematics Unit in Vehicle with Embedded TTSGPS/SDARS SatellitesNetworkSwitchServers面向无线接入系统的解决方案 第30页/共62页Dspsl今天 v可由因特网和CD盘下载数字音频 v用便携因特网音频播放器播放压缩内容 面向个人数字音

34、频的解决方案面向个人数字音频的解决方案000110001明天明天汽车音响数字相机蜂窝电话PDA?CD 播放器-直接连接0011第31页/共62页Dspslmc3DX3500DX3600EI-100KD-200ZDC-1310DC-2000DSC21SCP-1000SC-1300C315C715CP-80Z针对数字相机产品的解决方案针对数字相机产品的解决方案第32页/共62页DspslNV-MX1000NV-MX2500DSC24NV-EX21GR-DV3000eXp601D-Snap AV-10针对数字视频产品的解决方案针对数字视频产品的解决方案第33页/共62页Dspsl面向影像应用的DSP

35、解决方案Single Channel (Client)Performances are estimates onlyGP DSPsASP(SOC)C54xxC55xxC62xxC64xxDSC2xDM310DM64xOMAPMPEG4 CIF 7fpsMPEG4 CIF 30fps4 x MPEG4 CIF 15fpsRealtime MPEG2 Encode8 x MPEG4 CIF 30 fpsOS Centric Multi-TaskingLow PowerHigh PerformanceMulti-Channel (Server)第34页/共62页TMS320C54x DSP第35页/

36、共62页DspslDSP is a Great Market,TI is Growing ShareDSP Market Growing FastestNormalized Revenue TAMSource:Forward Concepts,April 2007DSP Market ShareSource:WSTS(1987-2004),SIA June 2005 Forecast(2005-2008)0102030401990199319961999200220052008DSPMPUSC w/o Memory第36页/共62页Dspsl一些对比知识一些对比知识DSPSCCPUMPUMCU

37、GPU区别CPU一般指Intel的X86兼容芯片，冯诺依曼结构，是CISC复杂指令集。功能整数浮点都很一般，控制不能达到MCU的水平。MPU以条件判断为主的应用，以软件管理的操作系统为核心的产品，MPU的设计侧重于不妨碍程序的流程，以保证操作系统支持功能及转移预测功能等.DSPDSP都是RISC，结构上采用了增强Harvard，或超级Harvard结构，对于Pipeline的进程要求严格，并行指令应用等。DSP侧重于保证数据的顺利通行，结构尽量简单。特别是尽量少打断Pipeline。第37页/共62页Dspsl一些对比知识一些对比知识GPU在几个主要方面有别于DSP架构。其所有计算均使用浮点算

38、法，而且目前还没有位或整数运算指令。此外，由于GPU专为图像处理设计，因此存储系统实际上是一个二维的分段存储空间，包括一个区段号（从中读取图像）和二维地址（图像中的X、Y坐标）。没有任何间接写指令。输出写地址由光栅处理器确定，而且不能由程序改变。这对于自然分布在存储器之中的算法而言是极大的挑战。最后一点，不同碎片的处理过程间不允许通信。实际上，碎片处理器是一个SIMD数据并行执行单元，在所有碎片中独立执行代码。第38页/共62页Dspsl一些对比知识一些对比知识ARMDSPFPGA区别ARM具有比较强的事务管理功能，可以用来跑界面及应用程序等，器优势主要体现在控制方面；DSP主要用来计算，比如

39、进行加密解密，调制解调，优势是强大的数据处理能力和较高的运行速度；FPGA可以用VHDL或verilogHDL来编程，灵活性强，由于能够进行编程，除错，再编程和重复操作，因此可以充分地进行设计开发和验证。当电路有少量改动时，更能显示出FPGA的优势，其现场编程能力可以延长产品在市场上的寿命，而这种能力可以来进行系统升级或除错。第39页/共62页Dspsl一些对比知识一些对比知识TIAD区别ADI的DSP虽然方便点，但这些方便都是增加硬件复杂性带来的，同时带来了功耗高和售价高的问题。ADI的的汇编，像TI的代数语言。ADI在汇编编写起来方便TI，ADI的C编译器的编译效率高过TI。TI的结构复杂

40、过ADI，6条流水线是ADI无法比拟的，但需要高手才能真正利用好这个流水线（我认为是难点）。虽然ADI的DSP较为好用，但还是认为TI的功能强些。第40页/共62页DspslTI公司的公司的DSP与与AD公司的公司的 DSP的异同点的异同点 TI DSP AD DSP1、定、浮点的长处、定、浮点的长处 定点见长定点见长 浮点浮点见长见长2、PAGEN与与DAGEN 不对称不对称 对称对称3、指令形式、指令形式 助记符助记符 代代数形式数形式4、流水线级数、流水线级数 6级级 3级级5、I/O寻址方式寻址方式 I/O指令寻址指令寻址 存储存储器映象寻址器映象寻址6、循环堆栈、循环堆栈 无无 有有

41、7、互连总线、互连总线 RapidIO Link端口端口 8、指令兼容性、指令兼容性 C2000、C5000 全系全系列兼容列兼容 C6000相互间不兼容相互间不兼容第41页/共62页Dspsl主要内容主要内容 DSPDSP的特点及结构的特点及结构 DSPDSP的原理和优点的原理和优点内部组成框图、硬件结构框图8条16位主总线、CPU运算单元第42页/共62页DspslDSP的特点的特点1、哈佛结构；、哈佛结构；2、多总线结构；、多总线结构；3、流水线作业；、流水线作业；4、并行结构、多处理单元；、并行结构、多处理单元；5、特殊的、特殊的DSP指令；指令；6、指令周期短；、指令周期短；7、运算

42、精度高；、运算精度高；8、硬件配置强。、硬件配置强。第43页/共62页DspslTMS320C54x内部组成框图内部组成框图程度/数据总线外围总线17*17位乘法器40位加法器舍入、饱和电路40位ALU比较、选择和存储指数编码器40位桶形移位器（-16，31）40位累加器A40位累加器B8个辅助寄存器2个寻址单元MACALU移位寄存器累加器寻址单元Ch0Ch1Ch3Ch2Ch4Ch5DMA电源管理单元程序/数据ROM程序/数据RAMJTAG测试/仿真控制通用I/O接口缓冲串行口多通道缓冲串行口定时器锁相环时钟发生器主机接口软件等待状态发生器A(150)D(150)第44页/共62页DspslT

43、MS320C54x内部硬件结构框图内部硬件结构框图第45页/共62页Dspsll信号、信号处理与信号处理器信号、信号处理与信号处理器l模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号l数字信号处理系统的组成数字信号处理系统的组成l数字信号处理的优点数字信号处理的优点l数字信号处理技术的进程数字信号处理技术的进程 数字信号处理器概述数字信号处理器概述第46页/共62页Dspsl信号、信号处理与信号处理器信号、信号处理与信号处理器信号：随时间变化的物理量（f、A）、单色信号sin、cos等，一般为复合信号。信号处理(Digital Signal Processing)：用一系列 的数表示现实世界的信号，用数术

44、方法将 其变换或从中提取信息。信号处理器（Digital Signal Processor）:实现数 字信号处理的专用器件。第47页/共62页DspslDSP是一门边缘科学，它依赖于许多相近的学科综是一门边缘科学，它依赖于许多相近的学科综合而成。如图所示，合而成。如图所示，DSP和其它学科间的分界并不和其它学科间的分界并不是那么清晰和明确的，恰恰相反，它们之间有很多是那么清晰和明确的，恰恰相反，它们之间有很多交叠的地方。交叠的地方。DSP把基本的信号处理理论、算法、把基本的信号处理理论、算法、电路技术融合到具体的应用里。在设计一个DSP系统的同时，你会学习到很多相关的知识。第48页/共62页D

45、spsl数字信号处理领域组成图第49页/共62页DspslDSP应用、算法、功能应用、算法、功能工业：网络图象处理控制袖珍数字音频：存储回放编码医学：图象处理编码电信：声音数据传真视频办公室：声音数据传真视频控制v调制v压缩/解压缩v声音/声音重建v声音合成v噪声对消v编码系统应用支撑算法基本功能vFIR滤波器vIIR滤波器vFFT第50页/共62页DspslFIR滤波器滤波器第51页/共62页DspslIIR滤波器滤波器第52页/共62页DspslTMS320C54x内部硬件结构框图内部硬件结构框图第53页/共62页DspslFFT第54页/共62页DspslTMS320C54x内部硬件结构

46、框图内部硬件结构框图第55页/共62页Dspsl控制系统控制系统(PID控制控制)第56页/共62页Dspsl采用数字信号处理技术的优点采用数字信号处理技术的优点v可编程和可更换程序：在同样的可编程和可更换程序：在同样的DSPDSP硬件平台上可执行各硬件平台上可执行各种程序。种程序。v稳定性高：稳定性高：降降低低热热漂漂移移，减速低老化效应，降低噪声敏感度。减速低老化效应，降低噪声敏感度。v可重复性：可重复性：模模拟拟器器件件不不可可能器件性能完全一致。能器件性能完全一致。v易于实现自适应算法。易于实现自适应算法。第59页/共62页Dspsl采用数字信号处理技术的优点采用数字信号处理技术的优点l误差校正码误差校正码l数据压缩数据压缩l降低成本降低成本降低硬件成本降低硬件成本可编程性可编程性降低精确零部件降低精确零部件重合性重合性减少芯片用量减少芯片用量集成性集成性缩短开发时间缩短开发时间工具和支持工具和支持l实现软件处理和控制、修改生级容易、硬件可不改动实现软件处理和控制、修改生级容易、硬件可不改动第60页/共62页第61页/共62页Dspsl感谢您的观看。第62页/共62页