TI公司三大系列DSP内部结构之比较

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一引言

   DSP有两种解释：一种是数字信号处理器(Digital SignalProcessor)，也称数字信号芯片；另一种是数字信号处理技术(Digital Signal Processing)。我们所说的DSP所指的就是前者。

    DSP是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主机应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：

（1）    在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；

（2）    程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；

（3）    片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；

（4）    具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；

（5）    快速的中断处理和硬件I/O支持；

（6）    具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；

（7）    可以并行执行多个操作；

（8）    支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行；

       目前，世界上生产DSP的厂商多如牛毛，但是真正具有实力的就要数TI公司了。美国德州仪器（Texas Instruments，TI）是世界上最知名的DSP芯片生产厂商，其产品应用也最广泛，TI公司生产的TMS320系列DSP芯片广泛应用于各个领域。TI公司在1982年成功推出了其第一代DSP芯片TMS32010，这是DSP应用历史上的一个里程碑，从此，DSP芯片开始得到真正的广泛应用。由于TMS320系列DSP芯片具有价格低廉、简单易用、功能强大等特点，所以逐渐成为目前最有影响、最为成功的DSP系列处理器。

目前，TI公司在市场上主要有三大系列产品：

面向数字控制、运动控制的TMS320C200系列，主要包括TMS320C24x/F24x、TMS320LC240x/LF240x、TMS320C24xA/LF240xA、TMS320C28xx等。

面向低功耗、手持设备、无线终端应用的TMS320C5000系列，主要包括TMS320C54x、TMS320C54xx、TMS320C55x等。

面向高性能、多功能、复杂应用领域的TMS320C6000系列，主要包括TMS320C62xx、TMS320C64xx、TMS320C67xx等。下面，我们将对这三大系列DSP的内部结构进行一次简单的比较。

二  三大系列DSP内部结构的比较

1 TMSC2000系列

      C2000系列DSP是TI公司TMS320 DSP的3大系列之一。其包括16位C24xx和32位C28xx定点DSP。是基于320C2XLP核，4级流水线结构，采用改进的哈佛结构，工作在40MHz，具有JTAG仿真模块。C2XLP有一个中心的算术逻辑单元（CALU）及 32位的累加器（ACC）。ACC也是CALU的一个输入。ACC的其他输入包括16316B的乘法器通过定标移位器，以及输入数据定标移位器。软件可以通过进位位旋转ACC的内容来实施位操作和测试。

       为了实现小数的算术和验证小数的乘积，C2XLP的乘积寄存器的输出通过乘积移位器，以抑制运算中产生的多出来的为。该乘积定标移位器允许做128个乘积累加而不会产生溢出。基本的乘积累加（MAC）周期包括将一个数据存储器的值乘以一个程序存储器的值，并将结果加给累加器。当C2000循环执行MAC时程序计数器自动增量，并将程序总线释放给第二个操作数，从而达到单周期执行MAC。C2XLP可以访问64000个16b的I/O口。C2000的外围设备，诸如串口、软件等待状态发生器等都映射为数据或I/O空间。用户程序必须使用其他的I/O地址来访问映射在I/O空间的片外围设备。C2000系列中的多数芯片可以产生0～7个等待状态。它既具有一般DSP芯片的高速运算和信号处理能力，又与MCU一样，在片内集成了丰富的外设，因而，特别适用于高性能数字控制系统。

    TI的所有DSP中，也只有C2000有FLASH。作为控制器，C2000系列除了具有一个DSP核以外，还有大量的外设资源，如A/D、定时器、各种串口（同步或异步）、WATCHDOG、CAN总线、PWM发生器、数字I/O等。特别是C2000的异步串口可以与PC的UART相连，也是TI的所有DSP中唯一具有异步串口的系列。

2 TMSC5000系列

     C5000系列DSP是TI公司TMS320 DSP的三大系列之一，其基本结构图如图三所示。其包括16位C54x和C55x定点DSP，主要用于有限和无线通信、IP、便携式信息系统及助听器等。该系列高性能、多种片内外设选择、小封装、省电。

适用：无线电通信、因特网。电源可降至0.9V 及速度可达600非常适用于：数字音乐唱机、3G电话、数字相机。

     C54x系列中有两种常用的、有代表性的芯片。第一种是C5402，它是一款廉价的DSP，速度为100MIPS(Million Instruction PerSecond，即百万条指令/秒，简称MIPS,是定点DSP 表征速度的一个常用指标），片内存储空间稍小一点，RAM为16K字。C5402的主要应用对象是Modem、新一代PDA、网络电话和其他消费类产品。第二种是C5416,它是TI公司0.15um器件中的第一款，速度为160MIPS，有3个多通道缓冲串行口（McBSP），能直接与TI公司或EI线路连接，不需要外部逻辑电路，有128K字片内RAM。C5416的主要应用对象是VOIP、通信服务器和PBX（专用小交换机）等。

      继C54x之后，TI公司发布了另外一种与C54x代码兼容的C55x系列芯片，TMSC5509是C55x系列的代表。C5509提供了一个完备的系统解决方案，片内具有96K字节访问SRAM、32K字节访问SRAM及6通道DMA(直接存储器访问)。在TI公司DSP芯片中第一个提供USB（Universal Serial Bus）接口，并具有众多的外设。C5509吸收了C6000中的成熟技术，如支持外部存储器SDRAM、SBARSM和异步存储器的增强型存储器接口及增强型16位主机接口等。

3  TMSC6000系列

       C6000系列DSP是TI公司1997年2月推向市场的高性能DSP，是TI公司的三大系列DSP中的高端产品，C6000系列DSP综合了目前DSP的所有优点，具有最佳的性价比和最低的功耗。C6000系列中又分为C62xx、C67xx和C64xx 3个子系列。

   C62xx 16位定点DSP：速度为1200～2000MIPS,适用于无线基站、ADSL、MODEM池（pooled Modem）、网络系统及数字音频广播设备等场合，价格21～224美元。工作频率：150-300MHz；运行速度：1200-2400MIPS；内部2个乘法器，6个算术逻辑单元，超长指令字（VLIW）结构，大容量的片内存储器和大范围的寻址能力，4个DMA接口，2个多通道缓存串口，2个32位片内外设。

   C67xx 32为浮点DSP：速度为1000MFLOPS，适用于基站数据波束形成、图像处理、语音识别及3D图形等，价格为109～223美元。工作频率：400-600MHz，运行速度：3200-4800MIPS具有特殊功能的指令集。

   C64xx为定点DSP：是TI公司2000年3月发布的，其性能大为提高，再次刷新了业界单片DSP的处理速度。现在，C64xx系列的芯片工作频率高达1000MHz，计算速度已超过50亿次指令/秒，而功耗仅为现有器件的1/3。C64xx 系列芯片可通过一条单独接入家庭的宽带线路传输大量的个性化数据、视频和语音，并可通过地3G无线基站向手机发送多媒体信息。

三 结论

    TI公司的DSP系列产品由于其良好的性能和大量的技术文献资料支持，受到了国内外用户的欢迎，并在各个应用邻域得到普及。在21世纪，DSP技术的应用邻域会不断扩展。可以肯定，现有TI公司的DSP仍然无法覆盖所有的场合。但是，该公司在未来会有很好的发展空间，因为许多领域都在用到DSP，并且对DSP的性能也提出越来越高的性能要求。