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dsp應(yīng)用系統(tǒng)的低功耗探討 上海交通大學(xué)電子信息學(xué)院 鄧勇 施文康 前言 隨著電池供電系統(tǒng)的應(yīng)用日趨廣泛,許多應(yīng)用系統(tǒng)都涉及低功耗設(shè)計(jì)的問(wèn)題。數(shù)字信號(hào)處理器由于具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,在諸如便攜式儀器儀表等方面得到了廣泛的應(yīng)用,以dsp為核心的應(yīng)用系統(tǒng)中也存在著低功耗設(shè)計(jì)的問(wèn)題。有多種辦法可以降低功耗,比如常用cmos器件代替nmos器件或雙極器件等,這已經(jīng)在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。本文就tms320系列定點(diǎn)dsp,介紹一些降低功耗的方法。 dsp應(yīng)用系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)的具體措施 1.dsp器件的選擇 應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求來(lái)選擇合適的dsp器件。在典型的dsp應(yīng)用系統(tǒng)中,通常其核心是由一片或多片dsp構(gòu)成數(shù)據(jù)處理模塊,由于系統(tǒng)運(yùn)算量大且速度要求高,因此dsp內(nèi)部的部件開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換十分頻繁,這使得dsp器件的功耗在應(yīng)用系統(tǒng)的功耗中占有相當(dāng)?shù)谋壤?。從某種意義上來(lái)說(shuō),選擇什么樣的dsp決定了系統(tǒng)功耗處于什么樣的層次,所以設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行電路低功耗設(shè)計(jì)時(shí)要熟悉dsp及其相關(guān)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)。dsp器件的功耗與該系統(tǒng)的電源電壓有關(guān),同一系列的產(chǎn)品,其供電電壓可能不同,如tms320c2xx系列中供電電壓就有5v和3.3
和適時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。 由于can總線具有通信速率高、開(kāi)放性好、報(bào)文短、糾錯(cuò)能力強(qiáng)以及控制簡(jiǎn)單、擴(kuò)展能力強(qiáng)、系統(tǒng)成本低等特點(diǎn),越來(lái)越受到人們的關(guān)注。基于can總線的can控制器具有完成can總線通信協(xié)議所要求的全部必要功能,因此can總線控制器與其它微處理器的接口成為設(shè)計(jì)can總線系統(tǒng)的首要工作。 當(dāng)前已有一些微處理器將can控制器嵌入到系統(tǒng)之中,成為在片的微處理器,例如p8xc592 (其內(nèi)核即為80c51的cpu),mcs96系列中的 87c196ca、87c196cb等,tms320系列中的在片can微控制器tms320f2407、tms320f2810/f2812,但是仍有大量人們比較熟悉的微處理器并不帶有can控制器。本文討論這些微處理器與can控制器的接口問(wèn)題,重點(diǎn)介紹can控制器與tms320系列dsp的接口方法和接口電路。 1.can控制器的接口信號(hào)和時(shí)序 can控制器(以pcx82c200或sja1000為例)提供的微處理器的接口信號(hào)主要有ad0~ad7共8根地址數(shù)據(jù)線和ale、cs、 rd、wr、rst、mode、 reset和int,控制器的數(shù)
摘要:討論了can總線控制器與dsp之間的接口,介紹了流行的can控制器芯片sja1000和tms320系列dsp芯片的接口時(shí)序,并給出了它們的接口方法和電路。 關(guān)鍵詞:can控制器 dsp 時(shí)序 接口電路 現(xiàn)場(chǎng)總線是一種開(kāi)放式、數(shù)字化、多點(diǎn)通信的控制系統(tǒng)局域網(wǎng)絡(luò),是當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域中最具有應(yīng)用前景的技術(shù)之一。can總線是現(xiàn)場(chǎng)總線中的應(yīng)用熱點(diǎn),can總線支持分布式控制和適時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。由于can總線具有通信速率高、開(kāi)放性好、報(bào)文短、糾錯(cuò)能力強(qiáng)以及控制簡(jiǎn)單、擴(kuò)展能力強(qiáng)、系統(tǒng)成本低等特點(diǎn),越來(lái)越受到人們的關(guān)注。基于can總線的can控制器具有完成can總線通信協(xié)議所要求的全部必要功能,因此can控制器與其它微處理器的接口成為設(shè)計(jì)can總線系統(tǒng)的首要工作。當(dāng)前已有一些微處理器將can控制器嵌入到系統(tǒng)之中,成為在片的策處理器,例如,p8xc592(其內(nèi)核即為80c51的cpu),mcs96系列中的87c196ca、87c196cb,tms320系列中的在片can微控制器tms320lf2407、tms320f2810/f2812,但是仍有大量人們比較熟悉的微處理器并不帶有can控制器。
隨著電池供電系統(tǒng)應(yīng)用的日趨廣泛,許多系統(tǒng)特別是便攜式產(chǎn)品都面臨低功耗設(shè)計(jì)的問(wèn)題,以dsp為核心的應(yīng)用系統(tǒng)當(dāng)然也不例外。本文就tms320系列定點(diǎn)dsp器件為例,介紹一些行之有效的降低功耗的設(shè)計(jì)方法。 一、合理選擇dsp器件 應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求來(lái)選擇合適的dsp器件。在典型的dsp應(yīng)用系統(tǒng)中,通常其核心是由一片或多片dsp構(gòu)成數(shù)據(jù)處理模塊,由于系統(tǒng)運(yùn)算量大且速度要求高,因此dsp內(nèi)部的部件開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換十分頻繁,這使得dsp器件的功耗在應(yīng)用系統(tǒng)的功耗中占有相當(dāng)?shù)谋壤?,所以設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行電路低功耗設(shè)計(jì)時(shí)要熟悉dsp及其相關(guān)產(chǎn)品的情況。dsp器件的功耗與該系統(tǒng)的電源電壓有關(guān),同一系列的產(chǎn)品,其供電電壓也可能不同,如tms320c2xx系列中供電電壓就有5v和3.3v兩種,在系統(tǒng)功耗是系統(tǒng)設(shè)計(jì)首要目標(biāo)的情況下,應(yīng)盡可能地選擇低電壓供電的dsp器件。選擇3.3v低電壓供電的dsp除了能減小dsp本身的功耗以降低系統(tǒng)的總功耗外,還可以使外部邏輯電路功耗降低,這對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)低功耗有著重要的作用。dsp生產(chǎn)廠家也比較注重系統(tǒng)功耗的問(wèn)題,德州儀器公司(ti)為實(shí)現(xiàn)低功耗應(yīng)用系統(tǒng)而設(shè)計(jì)了一批新型的dsp器件,以其中
摘要:數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)是一門(mén)發(fā)展很快的新興學(xué)科,它的應(yīng)用十分廣泛,如通訊、控制、圖像和語(yǔ)音處理、測(cè)量與控制、醫(yī)學(xué)等。[2]數(shù)字信號(hào)處理平臺(tái)主要有 dsp、單片機(jī)、通用 /工控計(jì)算機(jī)、fpga/cpld等,文章主要介紹了在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理時(shí),利用 jtag(joint test advisory group)技術(shù)的仿真器在 ccs平臺(tái)下對(duì) tms320 c54x系列 dsp芯片實(shí)現(xiàn)在線編程,進(jìn)行在線調(diào)試時(shí)中斷檢測(cè)處理技術(shù)及其應(yīng)用。 1、引言 在采用集成化的開(kāi)發(fā)調(diào)試平臺(tái)ccs結(jié)合基于jtag技術(shù)的仿真器實(shí)現(xiàn) dsp系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性分析過(guò)程中設(shè)定中斷檢測(cè)點(diǎn)是非常重要的,中斷檢測(cè)點(diǎn)可以中斷程序的執(zhí)行以進(jìn)行特定的操作,例如可以進(jìn)行數(shù)據(jù)文件的輸入輸出,可以刷新圖表和數(shù)據(jù)窗口等,便于在實(shí)時(shí)性分析中更有效的觀察數(shù)據(jù)處理的顯示結(jié)果。 2、基于 jtag技術(shù)的仿真器 jtag技術(shù)即邊界掃描技術(shù),是一種專用的電子系統(tǒng)測(cè)試技術(shù),就是通常所指的 ieee1149.1標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)在各行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用,如圖 1,一個(gè)符合 ieee1149.1標(biāo)準(zhǔn)的 jtag器件,有別于不同的邏輯器件,內(nèi)部都包括一個(gè) ta
摘要: 傳統(tǒng)圖像采集處理系統(tǒng)多以計(jì)算機(jī)為平臺(tái), 其圖像處理速度不高, 且體積龐大、功耗大。為克服這些缺點(diǎn), 介紹了一種成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低的圖像采集處理系統(tǒng)。以TI 公司的T MS320VC5509A 為核心器件...
摘要: 提出了基于TMS320DM642的視頻處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案。視頻處理系統(tǒng)主要包括存儲(chǔ)器模塊的設(shè)計(jì),JTAG接口的設(shè)計(jì)、電源模塊的設(shè)計(jì)、視頻輸入輸出模塊的設(shè)計(jì)、以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)以及報(bào)警電路的設(shè)計(jì)等。同時(shí)介...
作為機(jī)載電子設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N標(biāo)準(zhǔn),ARINC429總線以其特有的優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代軍用與民用飛機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。它是美國(guó)航空無(wú)線電公司(ARINC)制定的航空數(shù)字總線傳輸標(biāo)準(zhǔn),定義了航空電子設(shè)備和系統(tǒng)之間相互通...
德州儀器( TI)推出最新的數(shù)字媒體片上系統(tǒng)( D ig ita lMed ia SoC )系列雙核處理器, 針對(duì)高端視頻多媒體系統(tǒng)的需求而設(shè)計(jì), 該系列的最新的處理器是功能強(qiáng)大的TMS320DM6446, 其采用了TI...
摘要:采用傳感器和太陽(yáng)位置計(jì)算相結(jié)合的方法,設(shè)計(jì)了基于TI公司的TMS320F2812的高精度太陽(yáng)跟蹤器。一方面可以防止較大誤差積累,另一方面可以避免光線、天氣情況的影響,跟蹤精度得到了較大提高,能夠很好地應(yīng)用于...
時(shí), dsp芯片選型是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在dsp系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中只有選定了dsp芯片,才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)其外圍電路及系統(tǒng)的其他電路。因此說(shuō),dsp芯片的選擇應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)際需要而確定,做到既能滿足使用要求,又不浪費(fèi)資源,從而也達(dá)到成本最小化的目的。 dsp實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)流程如圖1所示。 主要dsp芯片廠商及其產(chǎn)品 德州儀器公司 眾所周知,美國(guó)德州儀器(texas instruments,ti)是世界上最知名的dsp芯片生產(chǎn)廠商,其產(chǎn)品應(yīng)用也最廣泛,ti公司生產(chǎn)的tms320系列dsp芯片廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。ti公司在1982年成功推出了其第一代dsp芯片tms32010,這是dsp應(yīng)用歷史上的一個(gè)里程碑,從此,dsp芯片開(kāi)始得到真正的廣泛應(yīng)用。由于tms320系列dsp芯片具有價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易用、功能強(qiáng)大等特點(diǎn),所以逐漸成為目前最有影響、最為成功的dsp系列處理器。目前,ti公司在市場(chǎng)上主要有三大系列產(chǎn)品:(1)面向數(shù)字控制、運(yùn)動(dòng)控制的tms320c2000系列,主要包括tms320c24x/f24x、tms320lc240x/lf240x、tms320c24xa
個(gè)要求,一是設(shè)備的更新?lián)Q代,二是多種標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換。對(duì)于用固定的專用芯片實(shí)現(xiàn)的設(shè)備,這兩條都難以達(dá)到。但如果采用 dsp作為核心處理器,只需更新軟件就可以達(dá)到第一個(gè)要求,增加部分功能軟件,可以適度滿足第二個(gè)要求。 正是考慮這種需要,一種新型的dsp芯片-媒體處理器(media processor)應(yīng)運(yùn)而生,并很快得到業(yè)界的廣泛關(guān)注。飛利浦、adi、ti等半導(dǎo)體供應(yīng)商都十分看好媒體處理器市場(chǎng),并推出了具有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。高處理能力芯片的出現(xiàn)給視頻會(huì)議帶來(lái)更小的延遲和更高的幀頻。例如ti公司的tms320 dm642、飛利浦的trimedia和equator的mapca,它們集成了豐富的多媒體信號(hào)接口,針對(duì)多媒體信號(hào)的特點(diǎn)優(yōu)化了處理器結(jié)構(gòu),甚至內(nèi)嵌了特殊協(xié)處理器用于進(jìn)行專門(mén)操作,緩解通用處理器的壓力,例如視頻編碼中的變長(zhǎng)編解碼(lc/vld)。 媒體處理器提供了完全可編程的多媒體設(shè)備的實(shí)現(xiàn)工具。媒體處理器繼承了通用dsp芯片的特點(diǎn),針對(duì)多媒體應(yīng)用擴(kuò)充了各種接口功能,優(yōu)化了中央處理器結(jié)構(gòu)。盡管媒體處理器出現(xiàn)的時(shí)間不長(zhǎng),但已得到廣泛關(guān)注,可以預(yù)見(jiàn)媒體處理器將會(huì)快速應(yīng)用到多媒體設(shè)備制造業(yè)中
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pram,并提供存取這些應(yīng)用內(nèi)存的接口范圍: ·串行spi(串行外圍接口)主要用于數(shù)量較小的過(guò)程數(shù)據(jù)設(shè)備,如模擬量i/o模塊、傳感器、編碼器和簡(jiǎn)單驅(qū)動(dòng)等。該接口通常使用8位微控制器,如微型芯片 pic、dsp、intel 80c51等。 ·8/16位微控制器并行接口與帶有dpram接口的傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線控制器接口相對(duì)應(yīng),尤其適用于數(shù)據(jù)量較大的復(fù)雜設(shè)備。通常情況下,微控制器使用的接口包括infineon 80c16x、intel 80x86、hitachi sh1、st10、arm和ti tms320等系列。 ·32位并行i/o接口不僅可以連接多達(dá)32位數(shù)字輸入/輸出,而且也適用于簡(jiǎn)單的傳感器或執(zhí)行器的32位數(shù)據(jù)操作。這類設(shè)備無(wú)需主機(jī)cpu。 從站評(píng)估工具包 從站評(píng)估工具包使接口操作變得簡(jiǎn)便易行。由于采用了ethercat,無(wú)需功能強(qiáng)大的通訊處理器,因此,可將從站評(píng)估工具包中的8位微處理器作為主機(jī)cpu使用。該工具包還包括源代碼形式的從站主機(jī)軟件(相當(dāng)于協(xié)議堆棧)和主站軟件樣本包。 小結(jié) ethercat 擁有杰出的通訊性能,接線非常簡(jiǎn)單,并對(duì)其它協(xié)議開(kāi)
取濾波器可抑制調(diào)制器與信號(hào)帶外噪聲,使信號(hào)導(dǎo)通帶寬實(shí)現(xiàn)了高達(dá)90%的尼奎斯特速率,而紋波不足0.005db。 可選幀同步或spi串行接口可方便連接至dsp、fpga及微控制器。每個(gè)接口均支持菊花鏈以簡(jiǎn)化高通道計(jì)數(shù)系統(tǒng)中的多個(gè)ads1274或ads1278的回讀功能(readback)。該系列adc可全面設(shè)定于廣闊的工業(yè)溫度范圍內(nèi),其中ads1274的溫度范圍為-40℃至+125℃,ads1278則為-40℃至+105℃。 ads1274與ads1278非常適合與ti高性能tms320 dsp平臺(tái)協(xié)同工作。此外,ti還提供一系列能與這些adc協(xié)同工作的放大器(如opa1632與opa350),以實(shí)現(xiàn)最高性能。 供貨情況 ads1274與ads1278現(xiàn)已開(kāi)始供貨,可通過(guò)ti及其授權(quán)分銷商進(jìn)行定購(gòu)。這兩種產(chǎn)品均采用64引腳htqfp封裝。此外,ti還提供評(píng)估板(evm)。
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dsp) 在數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中,各種數(shù)字信號(hào)處理算法相當(dāng)復(fù)雜,這些算法的復(fù)雜度可能是o(nm)的,甚至是np的,一般結(jié)構(gòu)的處理器無(wú)法實(shí)時(shí)的完成這些運(yùn)算。由于dsp處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì),使其適合于實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。在數(shù)字濾波、fft、譜分析等方面,dsp算法正大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域,dsp應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)dsp功能,過(guò)渡到采用嵌入式dsp處理器。嵌入式dsp處理器有兩類:(1)dsp處理器經(jīng)過(guò)單片化、emc改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式dsp處理器,ti的tms320c2000/c5000等屬于此范疇;(2)在通用單片機(jī)或soc中增加dsp協(xié)處理器,例如intel的mcs-296和infineon(siemens)的tricore。另外,在有關(guān)智能方面的應(yīng)用中,也需要嵌入式dps處理器,例如各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品,生物信息識(shí)別終端,帶有加解密算法的鍵盤(pán),adsl接入、實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大,特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多,而這些正是dsp處理器的優(yōu)勢(shì)所在。嵌入式dsp處理器比較有代表性的產(chǎn)品是ti的tms
在數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中,各種數(shù)字信號(hào)處理算法相當(dāng)復(fù)雜,這些算法的復(fù)雜度可能是o(nm)的,甚至是np的,一般結(jié)構(gòu)的處理器無(wú)法實(shí)時(shí)的完成這些運(yùn)算。由于dsp處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì),使其適合于實(shí)時(shí)地進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。在數(shù)字濾波、fft、譜分析等方面,dsp算法正大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域,dsp應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)dsp功能,過(guò)渡到采用嵌入式dsp處理器。嵌入式dsp處理器有兩類:(1)dsp處理器經(jīng)過(guò)單片化、emc改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式dsp處理器,ti的tms320c2000/c5000等屬于此范疇;(2)在通用單片機(jī)或soc中增加dsp協(xié)處理器,例如intel的mcs-296和infineon(siemens)的tricore。另外,在有關(guān)智能方面的應(yīng)用中,也需要嵌入式dps處理器,例如各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品,生物信息識(shí)別終端,帶有加解密算法的鍵盤(pán),adsl接入、實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng),虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大,特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多,而這些正是dsp處理器的優(yōu)勢(shì)所在。嵌入式dsp處理器比較有代表性的產(chǎn)品是ti的tms
請(qǐng)教關(guān)于給dsp加一個(gè)以太網(wǎng)口的問(wèn)題請(qǐng)問(wèn):1.ti公司的tms320系列的dsp中有沒(méi)有集成了以太網(wǎng)芯片2.有沒(méi)有不需要移植,直接能用在tms320上操作系統(tǒng),要能支持tcp/ip謝謝
c68hc05/11/12/16、68300等。另外還有許多半通用系列如:支持usb接口的mcu 8xc930/931、c540、c541;支持i2c、can-bus、lcd及眾多專用mcu和兼容系列。目前mcu占嵌入式系統(tǒng)約70%的市場(chǎng)份額。 特別值得注意的是近年來(lái)提供x86微處理器的著名廠商amd公司,將am186cc/ch/cu等嵌入式處理器稱之為microcontroller, motorola公司把以power pc為基礎(chǔ)的ppc505和ppc555亦列入單片機(jī)行列。ti公司亦將其tms320c2xxx系列dsp做為mcu進(jìn)行推廣。 (3) 嵌入式dsp處理器(embedded digital signal processor, edsp) dsp處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì),使其適合于執(zhí)行dsp算法,編譯效率較高,指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、fft、譜分析等方面dsp算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域,dsp應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)dsp功能,過(guò)渡到采用嵌入式dsp處理器。嵌入式dsp處理器有兩個(gè)發(fā)展來(lái)源,一是dsp處理器經(jīng)過(guò)單片化、emc改造、增加片上外
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