Ti公司DSP技术发展历程和现状及其应用实例分析Word文档下载推荐.doc

1、如何使Ti 风险业务变成最大的业务对DSP 有过极为精彩的分析，在这篇文章中他提到DSP 最初还只是一项技术的名称，即数字信号处理。这项技术在20世纪60年代从校园中兴起，到七十年代才由计算机实现部分实时处理，而用于高尖端领域。八十年代前后，陆续有公司设计出适合于DSP 处理技术的微处理器，于是DSP 开始成为一种高性能处理器的名称。Ti 公司在1982年成功推出其第一代DSP 芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17等，其出色的性能和特性倍受业界的关注。随着DSP 成本的降低，DSP 不仅在军事，而且在工业和商业应用中不断获得成功。

2、进入九十年代，有多家公司跻身于DSP 领域与Ti 进行市场竞争。Ti 首家提供可定制DSP ，称作cDSP 。cDSP 基于DSP 的内核的设计可使DSP 具有更高的系统集成度，大大加速了产品的上市时间。同时Ti 瞄准DSP 电子市场上成长速度更快的领域，适时地提供各种面向未来的发展解决方案。到九十年代中期，这种可编程的DSP 器件已经广安应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等，其中最为辉煌的成就是在蜂窝电话中的成功。Ti 通过不断革新，推陈出新，DSP 业务也一跃成为Ti 的最大的业务，并始终处于全球DSP 市场的领导地位。在过去的几年中，Ti 仍在不断地投资

3、于未来，开发新技术和提高财务稳健 度。Ti 已经从最近的市场低迷中成功脱身，并达到前所未有的有利位置，且已经开始探索实时信号处理技术为电子世界带来的潜力。随着信息能够随时随地在移动因特网中不断普及以及宽带进入家庭，Ti 从信号处理不断提高的重要性中受益匪浅。信号处理是一种技术，此技术反映了公司在数字信号处理器（DSP和模拟信号处理器方面的研发能力。数字信号处理器（DSP和模拟信号处理器是电子业许多发展最快的细分市场的发展引擎。新世纪的DSP 市场竞争加剧，Ti 及时调整DSP 发展战略全局规划，并以全面的产品规划和完善的解决方案，加之全新的开发理念，深化产业化进程。二、DSP 处理系统的发展现

4、状Ti 公司DSP 的应用与市场领域包括：数字蜂窝电话、无线基站，DSL 调制解调器 ,线缆调制解调器 ,因特网音频设备等 。自1982 年以来，Ti 成为数字信号处理（DSP解决方案全球的领导厂商及先驱，为全球超过30000个客户提供创新的DSP 和混合信号/模拟技术，应用领域涵盖无线通讯，宽带，网络家电，数字马达控制与消费类市场。为协助客户更快进入市场抢得先机，Ti 提供简单易用的开发工具及广泛的软硬件支持，并与DSP 解决方案供应商组成庞大的第三方网络，帮助他们利用Ti 技术发展出超过1000种产品，使服务支持更加完善。电信是和娱乐是推动DSP 创新的两次浪潮。前者的数字化电话系统，DS

5、L ，有线Modem ，802.11以及数字蜂窝电话第一次为DSP 提供了前所未有的广阔舞台，后者对性能，功耗的更高要求，流媒体，以及数量庞大的消费人群则推动了DSP的进一步应用。DSP 主要考虑处理速度、功耗、程序存储器和数据存储器的容量、片内的资源，如定时器的数量、I/O口数量、中断数量、DMA 通道数等。DSP 的主要供应商有TI ，ADI ，Motorola,Lucent 和Zilog 等，其中TI 占有最大的市场份额。TI 公司现在主推四大系列DSP:（1）C5000系列（定点、低功耗）：C54X ，C54XX ，C55X 相比其它系列的主要特点是低功耗，旨在延长便携式设备的电池寿命

6、，同时降低系统成本并实现用户友好特性。这些器件包括: TMS320C55x 低功耗DSP ，TMS320C54x 低功耗DSP ；高度集成的外设；1024点可编程FFT 硬件加速器；高速USB2.0（具有PHY ；LCD 显示屏控制器；MMC/SD和10位4通道SAR ADC；更高容量的存储器。所以最适合个人与便携式上网以及无线通信应用，如手机、PDA 、GPS 等应用。处理速度在80MIPS-400MIPS 之间。C54XX 和C55XX 一般只具有McBSP 同步串口、HPI 并行接口、定时器、DMA 等外设。值得注意的是C55XX 提供了EMIF 外部存储器扩展接口，可以直接使用SDRA

7、M ，而C54XX 则不能直接使用。两个系列的数字IO 都只有两条。（2）C2000系列（定点、控制器）：C20X ，F20X ，F24X ，F24XX ，C28x 该系列芯片具有大量外设资源，如：A/D、定时器、各种串口（同步和异步），WATCHDOG 、CAN 总线/PWM发生器、数字IO 脚等。是针对控制应用最佳化的DSP ，在TI 所有的DSP 中，只有C2000有FLASH ，也只有该系列有异步串口可以和PC 的UART 相连。（3）C6000系列：C62XX ，C67XX ，C64X 该系列以高性能著称，该平台的处理和低功耗功能非常适合于影像和视频，通信和宽带基础设施，工业，医疗，

8、测试和测量，高端计算和高性能音频等应用。该定点平台具有各种高性能和经济高效的选项，可解决大多数低成本或节能型应用所面临的大部分任务关键型。32bit ，其中：C62XX 和C64X 是定点系列，C67XX 是浮点系列。该系列提供EMIF 扩展存储器接口。该系列只提供BGA 封装，只能制作多层PCB 。且功耗较大。同为浮点系列的C3X 中的VC33现在虽非主流产品，但也仍在广泛使用，但其速度较低，最高在150MIPS 。（4）OMAP 系列：OMAP 处理器集成ARM 的命令及控制功能，提供各种Cortex-A8内核组合，具有丰富多媒体功能的外设,OpenGL ES 2.0兼容图形引擎，视频加速

9、器和TMS320C64x+ DSP 内核。模块化和可扩展的OMAP35x 评估模块 （EVM提供了当前在OMAP3503处理器 （包括基于2.6.22内核的OMAP3503 Linux 板级支持包 上进行开发所需的所有组件。OMAP35x 处理器，OMAP-L1x 处理器。另外还提供DSP 的低功耗实时信号处理能力，最适合移动上网设备和多媒体家电。其他系列的DSP 曾经有过风光，但现在都非TI 主推产品了，除了C3X 系列外，其他基本处于淘汰阶段，如：C3X 的浮点系列（C30，C31，C32），C2X 和C5X 系列（C20，C25，C50），每个系列的DSP 都有其主要应用领域。75年来，

10、Ti 卓有成效地推动着社会发展。从默默无闻地开发德州油田到在全球市场占据领先地位，Ti 在其员工理念的指引下逐步发展壮大。自创始人Eugene McDermott,Erik Jonsson,Cecil Green和Pat Haggerty决定创立公司以来，Ti 公司不但顽强地生存了下来，更凭借勇于冒险和创新的精神为社会发展推波助澜。正是由于成千上万Ti 人的不懈努力，加上诺贝尔奖获得者ack Kilby 等发明家的天才创意，Ti 才能成为数字信号处理和模拟技术的领路人-以半导体推动因特网时代的发展。在无线和宽带接入等全球市场以及包括数字投影系统和数字音频在内的各种新兴市场内，Ti 及其员工始终

11、走在前列。DSP 应用广泛，其主要应用市场为3C（Communication、Computer 、Consumer-通信、计算机、消费类 领域，合占整个市场需求的90%。DSP 市场正处于高速成长的阶段。在数字化、个人化和网络化的推动下，1997年世界DSP 市场营销额超过32亿美元，预计未来的年均增长率高达40%，按照这一增长速度，至2007年，世界DSP 市场营销额将突破500亿美元。在全球DSP 产品市场中，TI 公司独占鳌头，占世界市场45%的份额，其次是朗讯（28%）、ADI （12%）、摩托罗拉（12%）、其他公司（3%）。TI （Texas Instruments）公司是DSP

12、业界公认的龙头老大。TI 产品遍及全球, 每2个数字蜂窝电话中就有1 个采用TI 产品, 全世界90%的硬盘和33%的Modem 均采用TI DSP技术。1997年,TI 公司的两项重大投资项目夯实了其地位不可动摇。一是设立1亿美元的风险基金, 支持那些需要启动资金的DSP 应用企业, 为掀起DSP 的应用高潮打下坚实的基础。二是启动500万美元的全球大学科研基金,用于支持各高校的 DSP 教育。TI 已在国内十余所大学建立了 DSP 实验室 和技术中心。 国外的商业化信号处理设备一直保持着快速的发展势头。欧美等科技大国保 持着国际领先的地位。例如美国 DSP research 公司，Pent

13、ek 公司，Motorola 公司， 加拿大 Dy4 公司等， 他们很多己经发展到相当大的规模， 竞争也愈发激烈。 随着我国信息产业的发展，近年来我国的数字信号处理学科发展较快。DSP 处理 器己经在我国的数字通信、信号处理、雷达、电子对抗、图像处理等方面得到了 广泛的应用，为科学技术和国民经济建设创造了很大价值。 三、实例分析 （1）要求分析 基于 DSP 的数字语音压缩系统 语音数字通信无论在可靠性、抗干扰能力、保密性还是价格方面都远优于模 拟语音信号， 但这是以信道占用宽频带宽为代价的。因此为了减少语音信号所占 用的带宽或存储空间，就必须对数字语音信号进行压缩编码。 一个优秀的语音压缩系

14、统要求能够在软硬件资源占用比例低和压缩编解码时间 短的同时可以实现多通道语音实时压缩。目前，G.729A 算法多是在 TI 的 5000 系列 DSP 上实现单通道或双通道语音压缩， 而本设计在现有的 TMS320C6711 系列 DSP 平台上使用最少的硬件资源和软件开销，压缩编码解码时间，实现了多通道 语音实时压缩解压。 选择语音压缩编码方案 在评价一个语音压缩编码方案时，一般从四个方面考虑：质量、速率、复杂 度和延时。 目前 ITU-U 已制定的 G 系列标准有 G.711，G.721，G.722，G.723，G.726， G.728，G.723.1，G.729，G.729A。经综合比较

15、本系统选用 G.729A 算法。 （2）软硬件系统设计 G.729A 编码方案是电话带宽的语音信号编码的标准，对输入语音性质的模 拟信号用 8kHz、采样，1 6 比特线性 PCM 量化。CS-ACELP 是基于码本激励线性 预测（CELP的编码模式，每 8 0 个样点为一语音帧，对语音信号分析并提取各种 参数，把这些参数编码发送。在解码端，把收到的比特流恢复成参数编码，解码 后得到各个参数， 用自适应码矢序号从自适应码本中得到自适应码矢，用固定码 矢序号从固定码本中得到固定码矢，分别乘以它们的增益，按点相加后构成激励 序列。 用线性预测滤波器系数构成合成滤波器。用自适应码本方法实现长时或基

16、音合成滤波，计算出合成语音后，用后置滤波器进一步增强音质。 硬件系统设计 数字信号处理器具有运行速度快、性价比高、功耗低、开发快的特点。本系 统选择的 TMS320C6711 是高性能浮点数字信号处理器， 可以成功地实现实时语音 压缩和解压。 1、系统原理框图 本系统以 TMS320C6711 为核心，外扩 32MB SDRAM 和 2MB FLASH。DSP 仿真器 用于 DSP 的在线调试开发， 可以通过软件在线控制 DSP 的运行状态，并能够查看 DSP 内部寄存器。PC 是开发人员和 DSP 系统之间的交互界面，通过 PC 上安装的 CCS 集成开发环境，开发人员可以在友好的图形界面下

17、对目标系统进行操作。系 统原理图如图所示 16M SDRAM 2M FLASH 语音输入输 出电路 电源管理 麦克风 扬声器 DSP PC 机 TMS320C6711 仿真器 JTAG 接口 复位电路 2、模拟电路接口设计 TLV320AICl0 芯片模拟电路设计包括麦克风接口设计和扬声器接口设计，由 于 TLV320AICl0 输出具有 600 欧姆驱动能力，足够驱动一个耳机，也可以经过一 个功率放大芯片驱动扬声器，所以输出电路较为简单。TLV 32 OAIcl O 内置运 算放大器电路，可以方便的与麦克风接口，接口电路如图所示。应当注意的是 VMID 引脚最大输出电流为 5mA，为了防止输

18、出电流超过限制，应当串联一个起 保护作用的电位器 RPl。 3、数字电路接口设计 TLV320AIC10 支持与 TI 5000 和 6000 系列的无缝接口。TLV320AIC10 通过 MCBSP 接口与 TMS 320C6711 DSP 相连，如图所示。 TMS320C6711 FSX FSR CLKX CLKR DTx DRx CLKOUT TLV320AIC10 FS SCLK DIN DOUT MCLK 8.19MHz TLV320AIC10 采用主模式。由 TLV320AIC10 向 TMS320C6711 DSP 提供串行通 信频率 SCLK。MCLK 提供 TLV32 OAI

19、C10 的工作频率，包括串行通信频率 SCLK 和 采样频率 f s。串行通信频率为 MCLK 的二分频，FS 与 MCLK 关系如下 FS=MCLK （256N，N=l，2，32。在本系统中 N 为 4，FS 为 8000，故 MCLK 是 8.19 MHz。 软件系统设计 本系统实现的目标是能够实时输入语音、压缩，并能把接收到的 G.729A 编 码解压、播放出来。事实上 DSP 要同时处理多个任务：从外部语音芯片获取采集 数据、 编码、 解码、 把解码后的数据送到外部语音芯片播放。 本系统采用 TI BIOS 嵌入式实时操作系统， 并在此基础上开发了硬件驱动程序和上层应用程序，最后 测试

20、了实现结果。系统软件结构如图所示。 Swiecho SWI andn1 SWI andn2 rxPip txPip Codec Input AIC 10 Driver Codec Output 3设计总结 从实验仿真中可以得到，重建语音与原始语音的频率峰值完全相同，都在 4687 5Hz，这表示 G.729A 的 LPC 参数分析和基音频率估计是非常正确的，但 是重建语音在 200Hz、700Hz 左右有一个原始语音没有的波峰，而且重建语音在 800Hz 以后的幅度没有迅速下降。这说明二者还是稍有差别的。本文对基于 DSP 的 G.729A 语音压缩算法进行了严格的测试，测试结果表明：（1算法通过了 ITU T 的测试向量，达到了 ITU- T 标准；（2本编码算法对于时间长度为 10ms 的 一帧语音数据编码需要 1.1m s，解码需要 0.29ms，完全可以在 TMS320C6711 DSP 处理器上实时实现多路语音编解码。 DSP 语音压缩模块可以广泛应用于数字语 该 音记录、VoIP、电话会议、数字广播等多种领域。