適讀人群 ：可作為電子信息類研究生和相關專業高年級大學生的教材，也可作為DSP芯片應用人員的培訓教材，對於從事DSP芯片應用開發的科技人員和高校教師也具較高的參考價值。

本書按照“基礎知識—開發環境—軟件開發—硬件開發—綜合實例”的順序，由淺入深、全面繫統地介紹了DSP芯片的基本原理、開發過程和應用方法。首先，介紹了DSP繫統的設計、DSP芯片的特點、DSP芯片的軟硬件開發環境以及定點和浮點DSP的運算基礎；其次，在介紹DSP芯片存儲資源管理的基礎上，重點介紹了基於C語言和彙編語言的軟件開發方法；接著，介紹了DSP繫統的硬件設計和開發方法；最後，通過實例介紹了DSP綜合繫統的開發過程和開發方法。

第1章 概述 1
1．1 引言 1
1．2 DSP繫統 2
1．2．1 DSP繫統的基本構成 2
1．2．2 DSP繫統的特點 2
1．2．3 DSP繫統的設計與開發 3
1．2．4 DSP繫統的開發工具 4
1．2．5 實時DSP繫統 5
1．3 DSP芯片概述 6
1．3．1 DSP芯片的定義 6
1．3．2 DSP芯片的特點 6
1．3．3 DSP芯片的發展 7
1．3．4 DSP芯片的分類 8
1．3．5 DSP芯片的選擇 9
1．3．6 DSP繫統的運算量 12
1．3．7 DSP芯片的應用 13
1．4 常用的DSP芯片 14
1．4．1 TI公司DSP芯片 14
1．4．2 ADI公司DSP芯片 19
1．5 內容組織與常用術語 20
1．5．1 內容組織結構 20
1．5．2 常用術語 21
本章小結 21
習題與思考題 22
第2章 DSP芯片的基本結構和特征 23
2．1 引言 23
2．2 DSP芯片的基本結構 23
2．2．1 概述 23
2．2．2 總線結構 23
2．2．3 流水線 25
2．3 中央（CPU） 25
2．3．1 算術（ALU） 26
2．3．2 累加器 27
2．3．3 桶形移位寄存器 27
2．3．4 乘 28
2．3．5 29
2．4 30
2．4．1 片內存儲器 30
2．4．2 存儲器映射寄存器 31
2．4．3 Cache 31
2．4．4 外部擴展存儲器 32
2．5 集成外設與接口 32
2．5．1 通用類外設 33
2．5．2 通信類外設 34
2．5．3 存儲類接口 35
2．5．4 DMA控制器 35
2．5．5 專用外設與接口 36
2．6 中斷 36
2．6．1 中斷源 37
2．6．2 中斷優先級 37
2．6．3 中斷處理過程 39
2．6．4 中斷矢量表 39
本章小結 40
習題與思考題 40
第3章 DSP芯片的開發環境 41
3．1 引言 41
3．2 軟件開發流程 41
3．3 軟件開發環境 43
3．3．1 基本概念 44
3．3．2 CCS開發環境 46
3．3．3 軟件開發功能 51
3．3．4 DSP/BIOS 62
3．4 硬件開發流程 67
3．5 硬件開發環境 67
3．5．1 DSP仿真器 68
3．5．2 仿真器接口 68
3．5．3 TI公司仿真器 70
本章小結 70
習題與思考題 71
第4章 DSP的數值運算基礎 72
4．1 引言 72
4．2 定點的基本概念 72
4．2．1 數的定標 72
4．2．2 數的轉換 73
4．2．3 溢出保護 75
4．2．4 符號擴展 76
4．2．5 舍入與截尾 76
4．3 定點運算實現的基本原理 77
4．3．1 加法/減法運算的C語言定點模擬 77
4．3．2 乘法運算的C語言定點模擬 79
4．3．3 除法運算的C語言定點模擬 80
4．3．4 程序變量的Q值確定 80
4．3．5 浮點至定點變換的C程序舉例 81
4．4 DSP定點算術運算實現的基本原理 83
4．4．1 定點乘法 83
4．4．2 定點加法 84
4．4．3 定點除法 85
4．5 非線性運算定點實現方法 87
4．5．1 級數展開法 87
4．5．2 查表法 87
4．5．3 混合法 89
4．6 浮點數的表示格式 91
4．6．1 IEEE浮點數格式 91
4．6．2 TMS320C3x浮點數格式 92
4．7 基本的浮點運算 94
4．7．1 浮點乘法和加減法 94
4．7．2 浮點除法 94
4．8 非線性浮點運算的快速實現 95
本章小結 97
習題與思考題 97
第5章 DSP芯片的存儲資源管理 98
5．1 引言 98
5．2 TMS320C54x的存儲區組織 98
5．2．1 程序空間 98
5．2．2 數據空間 99
5．2．3 I/O空間 99
5．2．4 存儲器映射寄存器 100
5．2．5 TMS320VC5416的存儲資源 100
5．3 TMS320C55x的存儲區組織 101
5．3．1 存儲空間組織 102
5．3．2 TMS320VC5509A的存儲資源 102
5．3．3 程序空間 103
5．3．4 數據空間 104
5．3．5 I/O空間 105
5．4 程序結構與COFF目標文件格式 105
5．4．1 塊（section） 106
5．4．2 彙編器對塊的處理 106
5．4．3 鏈接器對塊的處理 108
5．4．4 程序重定位 108
5．4．5 COFF文件中的符號 109
5．4．6 COFF文件格式編程示例 109
5．5 存儲區分配與CMD文件 111
5．5．1 文件鏈接方法 111
5．5．2 鏈接命令文件 112
5．5．3 TMS320 VC5509A的 CMD文件 112
本章小結 115
習題與思考題 115
第6章 基於C語言的DSP芯片開發 116
6．1 引言 116
6．2 TMS320C55x的C語言 116
6．2．1 變量和常數 118
6．2．2 函數 121
6．2．3 預處理 123
6．2．4 asm語句 125
6．3 C語言程序代碼的優化 125
6．3．1 C語言程序代碼編譯分析 125
6．3．2 C語言程序的優化方法 131
本章小結 141
習題與思考題 141
第7章 基於TMS320C55x的彙編語言開發 142
7．1 彙編語言源程序格式 142
7．2 彙編源程序中常見符號和偽指令 144
7．3 彙編指令繫統 147
7．4 尋址方式 150
7．4．1 絕對尋址方式 150
7．4．2 直接尋址方式 151
7．4．3 間接尋址方式 153
7．5 彙編代碼的優化 162
7．6 彙編語言和C的混合編程方法 162
7．6．1 獨立的C和彙編模塊接口 163
7．6．2 從C程序中訪問彙編程序變量 164
7．6．3 在彙編程序中訪問C程序變量 165
7．6．4 在C程序中直接嵌入彙編語句 166
7．6．5 TMS320C55x混合編程舉例 166
本章小結 167
習題與思考題 167
第8章 DSP算法軟件開發實例 168
8．1 引言 168
8．2 基於FFT的單音檢測算法原理 168
8．2．1 單音檢測算法概述 168
8．2．2 DFT的基本原理 169
8．2．3 FFT算法的導出 169
8．3 基於MATLAB的DSP算法仿真 174
8．3．1 MATLAB簡介 174
8．3．2 單音檢測算法的MATLAB仿真 175
8．4 單音檢測算法的浮點C語言實現 177
8．5 單音檢測算法的定點C語言實現 181
8．5．1 FFT運算溢出及避免方法 182
8．5．2 單音檢測算法的定點C語言實現 183
8．6 單音檢測算法的定點DSP芯片實現 188
本章小結 190
習題與思考題 190
第9章 DSP繫統的硬件設計 191
9．1 引言 191
9．2 DSP繫統硬件設計的基本步驟 191
9．3 最小DSP繫統的硬件設計 192
9．3．1 電源電路 192
9．3．2 復位電路 195
9．3．3 時鐘電路 196
9．3．4 JTAG電路 197
9．3．5 引腳的電平轉換與處理 198
9．3．6 硬件繫統的可靠性設計 200
9．4 外部存儲器接口設計 203
9．4．1 TMS320C54x存儲器接口設計 204
9．4．2 TMS320C55x存儲器接口設計 208
9．5 模數接口電路的設計 209
9．5．1 TLV320AIC23B接口的設計 209
9．5．2 MC145483接口的設計 212
9．6 通信接口的設計 213
9．6．1 通信接口 213
9．6．2 同步通信接口電路設計 214
9．6．3 異步通信接口電路設計 215
9．7 主從式繫統的設計 215
9．7．1 共享存儲器實現雙機通信 216
9．7．2 利用HPI實現雙機通信 217
本章小結 218
習題與思考題 218
第10章 DSP芯片外設驅動程序的開發 219
10．1 引言 219
10．2 基於CSL的外設程序設計 220
10．2．1 CSL簡介 220
10．2．2 CSL的特點 222
10．2．3 CSL程序開發基本步驟 224
10．3 中斷控制程序的開發 233
10．3．1 中斷初始化 234
10．3．2 中斷服務程序的開發 237
10．3．3 中斷控制程序實例 238
10．4 典型接口功能的控制程序開發 241
10．4．1 外部存儲的控制程序 241
10．4．2 串行A/D和D/A功能的控制程序 244
10．4．3 外部主機通信功能的控制程序 249
10．5 DMA的控制程序開發 250
10．5．1 DSP芯片的DMA數據傳輸模式 251
10．5．2 DSP芯片的DMA傳輸地址 252
10．5．3 DSP芯片的DMA事件和中斷 252
10．5．4 DMA控制程序舉例 254
本章小結 257
習題與思考題 257
第11章 DSP脫機繫統的開發 258
11．1 聯機繫統和脫機繫統 258
11．2 DSP芯片的BOOT 260
11．2．1 BOOT簡介 260
11．2．2 BOOT過程 261
11．2．3 BOOT表 266
11．3 DSP脫機繫統實現 267
11．3．1 硬件設計 267
11．3．2 軟件代碼準備與燒錄 268
11．4 DSP脫機繫統軟件開發實例 271
11．4．1 並口FLASH脫機繫統的軟件開發 271
11．4．2 串口FLASH脫機繫統的軟件開發 273
本章小結 276
習題與思考題 277
第12章 DSP繫統的開發實例 278
12．1 引言 278
12．2 基於TMS320VC5509A的DSP應用繫統實例 278
12．2．1 繫統簡介 278
12．2．2 繫統架構 279
12．3 繫統的硬件開發 280
12．3．1 器件選型 280
12．3．2 接口設計 282
12．3．3 電路設計 283
12．3．4 電路調試 286
12．4 繫統的軟件開發 287
12．4．1 算法仿真程序編寫和測試 287
12．4．2 接口控制程序編寫和調試 289
12．5 繫統的軟硬件集成 297
本章小結 307
習題與思考題 308
附錄A 縮略詞的中英文對照 309
附錄B TMS320VC5509A PGE LQFP引腳圖及定義 313
附錄C TMS320C55x 指令集 315
附錄D CSL庫函數 332
附錄E 代碼實例 346
附錄F CCS V5．5的安裝 365
附錄G 8位?律PCM/16位線性轉換的C語言程序 369
附錄H ?律PCM到線性變換表 371
參考文獻 372

前 言

DSP芯片，也稱數字信號處理器，是一種具有特殊結構的微處理器，特別適合於進行快速數字信號處理運算。DSP芯片具有專門的快速硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速實現各種數字信號處理算法。

自20世紀80年代初DSP芯片誕生以來，DSP芯片在30多年時間裡得到了飛速的發展，DSP芯片的性能不斷提高，價格顯著降低，開發手段越來越完善。DSP芯片已經在通信與信息繫統、信號與信息處理、自動控制、航空航天、雷達、軍事、醫療、家用電器等眾多領域得到越來越廣泛的應用。

DSP芯片可分為通用型和專用型兩大類。通用型DSP芯片是一種軟件可編程的DSP芯片，可適用於各種DSP應用；專用型DSP芯片則將DSP算法集成到DSP芯片內部，一般適用於某些專用的場合。

本書主要討論通用型的可編程DSP芯片。

目前，國內廣泛應用的DSP芯片主要來自於美國的德州儀器公司（TI）和模擬器件公司（ADI）。其中，TI公司的DSP芯片占DSP芯片市場近50％，因此，本書主要以TI公司的DSP芯片為例進行介紹。

全書共12章，可分為五個部分。

第一部分是基礎知識，包括第1、2章。第1章概述了DSP繫統的特點、設計和開發方法以及DSP芯片的特點、發展、分類、選擇和應用，簡要介紹了TI公司和ADI公司的常用DSP芯片；第2章介紹DSP芯片的基本結構、主要特征以及、集成外設和中斷等。

第二部分是開發環境，對應第3章。主要介紹DSP芯片的軟硬件開發環境，比較詳細地介紹了TI公司的集成開發環境——CCS的基本原理和使用方法。

第三部分是軟件開發，包括第4、5、6、7、8章。第4章介紹DSP的數值運算基礎，包括定點DSP中的定標、定點和浮點DSP的有關問題；第5章介紹DSP芯片的存儲資源管理，重點介紹了廣泛采用的公共目標文件格式（COFF）和編程方法；第6章和第7章分別介紹基於C和彙編語言的DSP軟件開發；第8章通過實例介紹了DSP算法軟件開發的一般過程。

第四部分是硬件開發，包括第9、10、11章。第9章介紹了DSP繫統的硬件設計過程和設計方法；第10章介紹了基於CSL的外設程序和典型控制程序的開發方法；第11章介紹了DSP脫機繫統的設計和開發實例。

第五部分是綜合實例，對應第12章。通過實例繫統地介紹了DSP繫統的綜合開發過程和開發方法。

為方便教學，本書配套有PPT課件和部分實例代碼，可登錄華信教育資源網（http:// www.hxedu.com.cn）免費注冊索取。

本書由張雄偉主編。張雄偉編著了第1、2、4、5章及附錄A、B、G、H；楊吉斌編著了第10、11、12章及附錄D、E；吳其前編著了第6、7章及附錄C；曹鐵勇編著了第3章及附錄F；賈衝編著了第9章；鄒霞編著了第8章；吳海佳繪制了部分插圖，李莉參與了部分章節的編寫。全書由張雄偉、吳其前、楊吉斌進行校對並統稿。

本書第1版（1997年）、第2版（2000年）、第3版（2003年）、第4版（2009年）深得廣大讀者的厚愛，受到了廣泛的歡迎，廣大DSP開發人員將本書作為DSP應用開發的參考書，很多高校將本書作為DSP相關課程的教材。2001年，本書第2版獲得全國優秀暢銷書獎；2006年，本書被列入普通高等教育“十一五”國家級規劃教材；2007年，本書作者被評為電子工業出版社優秀作者。對於廣大讀者對本書的熱情支持，作者表示深深的謝意。

在重新出版本書時，根據DSP芯片的發展以及教學和培訓需要，我們對本書的結構和內容都做了較大程度的增刪和修改，希望讀者在使用本書的過程中提出寶貴的意見和建議，以便在今後的修訂中參考。

由於DSP芯片的技術發展十分迅速，加上作者水平所限，書中錯誤之處在所難免，懇請廣大讀者給予批評指正。

本書是解放軍理工大學智能語音處理課題組長期從事“DSP芯片原理與應用”教學和相關科研工作的總結。本書的出版得到了解放軍理工大學的專項資助。

編著者

2016年5月於解放軍理工大學，南京