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三大DSP系列结构之比较


芯片内部结构之 内部结构之比较 TI 公司三大系列 DSP 芯片内部结构之比较
班级:SJ1126 姓名:张晖 学号:201120195012

摘要: 摘要 随着数字信号处理技术和集成电路技术的发展,以及数字系统的显著优越性,导致
了 DSP 芯片的产生和迅速发展,DSP 技术的地位凸显出来。在世界上众多的 DSP 厂商中, 德州仪器公司

的 DSP 始终占据着较大的市场份额(45% ~60%) ,本文概略的介绍目前得到 广泛应用的 TI 三大 DSP 处理器系列,TMS320C2000、TMS320C5000 和 TMS320C6000。

关键字:TI DSP 正文: 一、TMS320 系列 DSP 命名
TMS 320 F 2812 PGF A 温度范围(缺省为 L) L=0 ~70℃ A=-40 ~85℃ Q=-40~125℃ 封装形式 PGF=176—引脚 LQFP PAG=64—引脚塑料 TQFP PGE=144-引脚塑料 TQFP PZ=100-引脚塑料 TQFP 器件型号 工艺 C=COMS E=COMS EPROM F=Flash EEPROM LC=Low—voltage COMS(3.3V) VC=Low—voltage COMS(3V) TMS320 包括了定点、浮点和多处理器数字信号处理芯片。主要分为三种不同指令集的 三大系列:TMS320C2000、TMS320C5000 和 TMS320C6000。 TMS320 系列中的同一子系列产品具有相同的 CPU 结构,只是片内存储器和片内外设 配置不同,同一子系列产品的软件完全兼容。

前缀 TMX=实验设备 TMP=原型设备 TMS=合格设备 DSP 系列号 320=TMS320 系列

二、TMS320C2000 系列
TMS320C2000 是作为优化控制的 DSP 系列。TMS320C2000 系列 DSP 集成 CPU 核和 控制外设于一体,提供了高速的 ADC 和 PWM 发生器等,集成强大灵活的特定控制接口。 C2000 DSP 既具有数字信号处理能力, 又具有强大的事件管理能力和嵌入式控制功能, 非常
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实用于工业、汽车、医疗和消费类市场中数字电机控制、数字电源和高级感应技术。在太阳 能逆变器、风力发电等绿色能源应用领域也将得到广泛应用。 TMS320C2000 系列目前主要有 16 位的 TMS320F24x 和 32 位的 TMS320C28x 两个子系 列。TMS320F24x 是较早的 16 定点 DSP 控制器,性能达到 40MIPS,提供了高度集成的闪 存、控制和通信外设,也提供了引脚兼容的 ROM 版本,代表产品有 F240 和 F2407。 TMS320C28x 是 32 位 的 控 制 器 , 主 要 包 括 了 TMS320x280x 、 TMS320x281x 、 TMS320F282xx 和浮点的 TMS320F283xx 系列,4 个子系列都采用同样的 C28x CPU 核,软 件完全兼容,目前共有 28 种芯片。TMS320x280x 系列外设功能增强且极具价格优势,采用 100 引脚封装,所有产品引脚兼容。具有高达 128KB 的闪存和 100MIPS 的性能,也有 ROM 版本的产品,该系列共有 12 款产品,它们全部引脚兼容。该系列增强了事件管理模块的功 能,具有 HPRWM 输出,串行外设最高达到 4 个 SPI 模块快、2 个 SCI 模块、2 个 CAN 模 块和 1 个 I2C 总线。TMS320x281x 系列的 TMS320F281x 系列具有高达 128KB 的 Flash 和 150MIPS 的性能,该系列共有 8 款产品。TMS320x282x 系列是 32 位定点 DSP 控制器,工 作频率高达 150MHz, 包括 TMS320F28232、 TMS320F28234 和 TMS320F28235 共 3 款产品。 TMS320F283x 是 TI 最新推出的浮点数字信号控制器,包括了定点的 32 位 C28xCPU 核,还 包括一个单精度 32 位 IEEE754 浮点单元,浮点协处理器速度可达 300MELOPS,主要产品 有 TMS320F28332、TMS320F28334 和 TMS320F28335,该系列产品在太阳能发电和汽车雷 达等系统中可以充分发挥作用,与 F281x 相比,F282x 和 F283x 增加了 6 通道 DMA、I2C 接口,GPIO 数增加到 88 个,片内串行接口数和存储器容量也有所提高,有高达 512KB 的 片上 Flash。F282x 和 F283x 产品引脚完全兼容。 在 C2000 系列中,TI 主推 C24x 和 C28x 两个子系列,如表 1 所示。 表1 DSP C24x C28x 类型 16bit 数据, 定点 32bit 数据, 定点 TMS320C2000 定点 DSP 特性 SCI, SPI, CAN, bit A/D, 10 事件管理器, 看门狗定时器, 片上 Flash 存储器,20~40MIPS SCI,SPI,CAN,12 bit A/D,McBSP,看门狗定时器,片上 Flash 存储器,400MIPS

TMS320C28x 是到目前为止用于数字控制领域性能最好的 DSP 芯片。32 位的定点 DSP 核,最高速度可达 400MIPS,可以在单个指令周期内完成 32×32 位的乘累加运算,具有增 强的电机控制外设、 高性能的模/数转换能力和改进的通信接口, 具有 8GB 的线性地址空间, 采用低电压供电(3.3V 外设/1.8V CPU 核),与 TMS320C24x 源代码兼容。

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三、TMS320C5000 系列
TMS320C5000 是 16 位定点、低功耗的 DSP,最适合便携式上网以及无线通信等应用 场合,如手机、PDA、GPS 等应用,处理速度在 80~400MIPS。TMS320C5000 主要成员有 TMS320C55x 和 TMS320C54x 两个 16 位定点 DSP 子系列,两者软件兼容。 C54x 具有很好的操作灵活性和很高的运行速度,其结构采用改善的哈佛结构(一组程 序存储器总线、3 组数据存储器总线、4 组地址总线) ,具有专用硬件逻辑的 CPU、片内存 储器、片内外设以及一个效率很高的指令集。C54x 具有以下主要优点:使用改善的哈佛结 构,时的性能和多功能性都得以提高;具有高度并行性和专用硬件逻辑的 CPU 设计,是芯 片性能大大提高; 效率很高的指令集更适合于快速算法的实现和高级语言编程的优化; 模块 化结构的设计,是派生器件得到了更快的发展;先进的 IC 制造工艺,提高了芯片性能,降 低了功耗; 先进的静态设计技术, 使得芯片具有更低的功耗和更强的应用能力。 TMS320C54x 结构框图如图 1 所示。

图 1

TMS320C54x 结构框图

C55x 工作在 0.9V 时, 功耗低至 0.005mW/MIPS。 工作在 400MHz 钟频时, 可达 800MIPS。 和 120MHz 的 C54x 相比,300MHz 的 C55x 性能提高 5 倍。功耗将为 1/6。因此,C55x 非
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常适合个人的和便携式的应用以及数字通信设施的应用。C55x 的核具有双 MAC 以及相应 的并行指令,还增加了累加器、ALU 和数据存储器,其指令集是 C54x 指令集的超集,以便 和扩展了的总线结构、 新增加的硬件执行单元相适应。 C55x 的指令长度从 8bit 到 48bit 可变, 由此可控制代码的大小,比 C54x 降低 40%,同时也就意味着降低对存储器的要求,从而降 低系统的成本。C55x 结构框图如图 2 所示。C54x 和 C55x 的比较如表 2 所示。

图 2 表2

C55x 结构框图 C54x 与 C55x 的比较 C54x C55x 2 4 3 2 1 6 8/16/32/40/48 bit 16 bit

MAC ACC 读总线 写总线 程序提取 地址总线 指令字大小 数据字大小

1 2 2 1 1 4 16 bit 16 bit

4

辅助寄存器 ALU ALU 辅助寄存器 数据寄存器 存储器空间 临时寄存器

2(每个 16 bit) 1(40 bit) 8 0 分开的程序/数据存储器 0

3(每个 24 bit) 1(40 bit),1(16 bit) 8 4 统一的空间 4

四、TMS320C6000 系列
TMS320C6000 是 32 位最高性能的 DSP, 包括 C62x/C67xC64x/DM64x 等 4 个系列。 C62X 和 C64x 是 32 位定点 DSP,定点器件性能从 1200MIPS 到 8000MIPS,C67x 是 32 位浮点 DSP,浮点器件性能从 600~1800MFLOPS,DM64x 在 C64x 核的基础上,增加了视频接口, 以便视频应用。C6000 系列广泛应用在有线/无线宽带网络、组合 Modem、GPS 导航、基站 数字波束形成、医学图像处理、语音识别、3D 图形、ADSL Modem、网络系统、中心局交 换机、数字音频广播设备等,其中移动通信是 C6000 系列 DSP 的重要应用领域。 C6000 系列的芯片有了更优化的性能。两层 cache 结构,是的存储方式更加灵活;强化 的 DMA 控制器,EDMA 提供 2GB/s 的片外带宽,支持有独立事件触发的 64 个通道,总共 有 85 个参数可以用来设置连接,支持字节、字、半个字以及双字等各种字长,从而大大提 高系统的效率,使系统的设计者只需要考虑 EDMA 是否能达到要求,通道之间的交互并不 影响性能,这和传统的 DMA 大不相同;3 组片外总线:2 组片外存储器接口(EMIF)和 1 组主机接口(HPI) ;灵活的串口连接,3 个多通道缓冲串口(MsBSP)可以和各种标准接口; ATM 通用测试和操作接口(UTOPIA) 。C6000 的结构框图如图 3 所示。 C62x 和 C64x 处理器具有相同的核结构,C64x 系列是在 C62x 的结构上扩展而来,增 加了一些新的功能单元,强化了一些功能单元,C67x 扩展了 C62x 的指令集,支持浮点运 算,C67x 对 C62x 向下兼容,但和 C64x 不兼容,C62x 的指令可以在 C67x 上运行,C67x 处理器适合于要求高精度、大动态范围以及大量运算的应用,C64xDSP 是 C6000 DSP 系列 里最高性能的定点 DSP。DM64x 系列处理器基于 TI 的 VelociTI.2 超长指令字结构,使其适 用于数字媒体应用。DM64x 的结构框图如图 4 所示。

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图 3

C6000 的结构框图

图 4

DM64x 的结构框图

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五、总结
C2000 系列主要偏重于工控领域,这个系列的 DSP 自身集成了丰富的 I/O 口,A/D 采 样接口及 PWM 输出接口, 其中 C24x 子系列为 16 位定点型, C28x 子系列为 32 为定点型; C5000 和 C6000 系列主要偏重于视频图像处理,C5000 系列均为 16 位定点型,C6000 系 列中的 C62x 和 C64x 为 32 位定点型,C67x 子系列为浮点型,性能强大,但自身集成的外 设很少,一般需要扩展。 在时钟方面,C2000 系列的时钟频率比 C5000 和 C6000 的频率要低,C2000 系列的最 高主频为 150MHz, C5000 系列中的 C55x 子系列最高主频为 300MHz, C6000 系列中的 C64x 子系列的最高主频高达 720MHz。 C2000 系列中的 C28x 子系列可扩展性能达到 400MIPS,是最佳的 C/C++ 控制代码效 率。C5000 系列中,C54x 关注于低功耗,C55x 则降低功耗提到一个新水平,C55x 的功耗 低至 0.005mW/MIPs, 具有最长的电池寿命和最佳的代码密度。 C6000 系列是 TI 的高档 DSP 系列其中 C64x 子系列的工作频率将达到 1.1GHz, 是最好的 DSP 编译器, C6000 系列及 C2000 中的 C28x 系列,用 C 语言编程效率非常高,代码优化可达 85%左右缩短了软件开发周期, 程序可以执行好。 随着技术的发展,现在的 DSP 产品的时钟频率和处理器速度越来越高,集成的片内外 设及内存越来越多,寻址空间越来越大,功能越来越强,芯片的功耗也逐渐加大,性能价格 比也越来越好。

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