芯片结构及性能概述中文手册.doc

第1章 芯片结构及性能概述TMS320C2000系列是美国TI公司推出的最佳测控应用的定点DSP芯片，其主流产品分为四个系列：C20x、C24x、C27x和C28x。C20x可用于通信设备、数字相机、嵌入式家电设备等；C24x主要用于数字马达控制、电机控制、工业自动化、电力转换系统等。近年来，TI公司又推出了具有更高性能的改进型C27x和C28x系列芯片，进一步增强了芯片的接口能力和嵌入功能，从而拓宽了数字信号处理器的应用领域。TMS320C28x系列是TI公司最新推出的DSP芯片，是目前国际市场上最先进、功能最强大的32位定点DSP芯片。它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，特别适用于有大批量数据处理的测控场合，如工业自动化控制、电力电子技术应用、智能化仪器仪表及电机、马达伺服控制系统等。本章将介绍TMS320C28x系列芯片的结构、性能及特点，并给出该系列芯片的引脚分布及引脚功能。1.1 TMS320C28x系列芯片的结构及性能C28x系列的主要片种为TMS320F2810和TMS320F2812。两种芯片的差别是：F2812内含128K16位的片内Flash存储器，有外部存储器接口，而F2810仅有64K16位的片内Flash存储器，且无外部存储器接口。其硬件特征如表1-1所示。表1-1 硬件特征特 征F2810F2812指令周期（150MHz）6.67ns6.67nsSRAM（16位/字）18K18K3.3V片内Flash（16位/字）64K128K片内Flash/SRAM的密钥有有Boot ROM有有掩膜ROM有有外部存储器接口无有事件管理器A和B（EVA和EVB）EVA、EVBEVA、EVB *通用定时器44 *比较寄存器/脉宽调制1616 *捕获/正交解码脉冲电路6/26/2看门狗定时器有有12位的ADC有有 *通道数1616续表特 征F2810F281232位的CPU定时器33串行外围接口有有串行通信接口（SCI）A和BSCIA、SCIBSCIA、SCIB控制器局域网络有有多通道缓冲串行接口有有数字输入/输出引脚（共享）有有外部中断源33供电电压核心电压1.8VI/O电压3.3V核心电压1.8VI/O电压3.3V封装128针PBK179针GHH，176针PGF温度选择 A：-40 +85 S：-40 +125PBK仅适用于TMSPGF和GHH仅适用于TMS产品状况产品预览（PP）高级信息（AI）产品数据（PD）AI（TMP）AI（TMP）注：“S”是温度选择（-40 +125）的特征化数据，仅对TMS是适用的。产品预览（PP）：在开发阶段的形成和设计中与产品有关的信息，特征数据和其他规格是设计的目标。TI保留了正确的东西，更换或者终止了一些没有注意到的产品。高级信息（AI）：在开发阶段的取样和试制中与新产品有关的信息，特征数据和其他规格用以改变那些没有注意到的东西。产品数据（PD）：是当前公布的数据信息，产品遵守TI的每项标准保修规格，但产品加工不包括对所有参数的测试。TMP：最终的硅电路小片，它与器件的电气特性相一致，但是没有进行全部的品质和可靠性检测。C28x系列芯片的主要性能如下。1高性能静态CMOS（Static CMOS）技术l 150MHz（时钟周期6.67ns）（最大）l 低功耗（核心电压1.8V，I/O口电压3.3V）l Flash编程电压3.3V2JTAG边界扫描（Boundary Scan）支持3高性能的32位中央处理器（TMS320C28x）l 16位16位和32位32位乘且累加操作l 16位16位的两个乘且累加l 哈佛总线结构（Harvard Bus Architecture）l 强大的操作能力l 迅速的中断响应和处理l 统一的寄存器编程模式l 可达4兆字的线性程序地址l 可达4兆字的数据地址l 代码高效（用C/C+或汇编语言）l 与TMS320F24x/LF240x处理器的源代码兼容4片内存储器l 8K16位的Flash存储器l 1K16位的OTP型只读存储器l L0和L1：两块4K16位的单口随机存储器（SARAM）l H0：一块8K16位的单口随机存储器l M0和M1：两块1K16位的单口随机存储器5根只读存储器（Boot ROM）4K16位l 带有软件的Boot模式l 标准的数学表6外部存储器接口（仅F2812有）l 有多达1MB的存储器l 可编程等待状态数l 可编程读/写选通计数器（Strobe Timing）l 三个独立的片选端7时钟与系统控制l 支持动态的改变锁相环的频率l 片内振荡器l 看门狗定时器模块8三个外部中断9外部中断扩展（PIE）模块l 可支持96个外部中断，当前仅使用了45个外部中断10128位的密钥（Security Key/Lock）l 保护Flash/OTP和L0/L1 SARAMl 防止ROM中的程序被盗113个32位的CPU定时器12马达控制外围设备l 两个事件管理器（EVA、EVB）l 与C240兼容的器件13串口外围设备l 串行外围接口（SPI）l 两个串行通信接口（SCIs），标准的UARTl 改进的局域网络（eCAN）l 多通道缓冲串行接口（McBSP）和串行外围接口模式1412位的ADC，16通道l 28通道的输入多路选择器l 两个采样保持器l 单个的转换时间：200nsl 单路转换时间：60ns15最多有56个独立的可编程、多用途通用输入/输出（GPIO）引脚16高级的仿真特性l 分析和设置断点的功能l 实时的硬件调试17开发工具l ANSI C/C+编译器/汇编程序/连接器l 支持TMS320C24x/240x的指令l 代码编辑集成环境l DSP/BIOSl JTAG扫描控制器（TI或第三方的）l 硬件评估板18低功耗模式和节能模式l 支持空闲模式、等待模式、挂起模式l 停止单个外围的时钟19封装方式l 带外部存储器接口的179球形触点BGA封装l 带外部存储器接口的176引脚低剖面四芯线扁平LQFP封装l 没有外部存储器接口的128引脚贴片正方扁平PBK封装20温度选择l A：-40 +85l S：-40 +125C28x系列芯片的功能框图如图1-1所示。代码保护的模块图1-1 C28x功能框图注：+ 器件上提供96个中断，45个可用；+ XINTF在F2810上不可用。1.2 引脚分布及引脚功能TMS320F2812芯片的封装方式为179引脚GHH球形网格阵列BGA（Ball Grid Array）封装和176引脚PGF低剖面四芯线扁平LQFP（Low-profile Quad）封装，其引脚分布分别如图1-2（BGA封装底视图）和图1-3（LQFP封装顶视图）所示。TMS320F2810芯片的封装方式为128引脚PBK LQFP封装，其引脚分布情况如图1-4（顶视图）所示。表1-2详细描述了芯片F2810和F2812的引脚功能及信号情况。所有输入引脚的电平均与TTL兼容；所有引脚的输出均为3.3V CMOS电平；输入不能承受5V电压；上拉电 流/下拉电流均为100A。所有引脚的输出缓冲器驱动能力（有输出功能的）典型值是4mA。图1-2 179引脚BGA封装底视图图1-3 176引脚LQFP封装顶视图图1-4 128引脚PBK封装顶视图表1-2 引脚功能和信号情况名 字引脚号I/O/ZPU/PDS说 明179针GHH封装176针PGF封装128针PBK封装XINTF信号（只限于F2812）XA18D7158O/ZXA17B7156O/ZXA16A8152O/ZXA15B9148O/ZXA14A10144O/ZXA13E10141O/ZXA12C11138O/Z19位地址总线XA11A14132O/ZXA10C12130O/ZXA9D14125O/ZXA8E12125O/ZXA7F12121O/ZXA6G14111O/ZXA5H13108O/ZXA4J12103O/ZXA3M1185O/ZXA2N1080O/ZXA1M243O/ZXA0G518O/ZXD15A9147I/O/ZPU16位数据总线XD14B11139I/O/ZPUXD13J1097I/O/ZPUXD12L1496I/O/ZPUXD11N974I/O/ZPUXD10L973I/O/ZPUXD9M868I/O/ZPUXD8P765I/O/ZPUXD7L554I/O/ZPUXD6L339I/O/ZPUXD5J536I/O/ZPUXD4K333I/O/ZPUXD3J330I/O/ZPUXD2H527I/O/ZPUXD1H324I/O/ZPUXD0G321I/O/ZPU续表名 字引脚号I/O/ZPU/PDS说 明179针GHH封装176针PGF封装128针PBK封装XINTF信号（仅F2812）XMP/F117IPU可选择微处理器/微计算机模式。可以在两者之间切换。为高电平时外部接口上的区域7有效，为低电平时区域7无效，可使用片内的Boot ROM功能。复位时该信号被锁存在XINTCNF2寄存器中，通过软件可以修改这种模式的状态。此信号是异步输入，并与XTIMCLK同步E7159IPU外部DMA保持请求信号。为低电平时请求XINTF释放外部总线，并把所有的总线与选通端置为高阻态。当对总线的操作完成且没有即将对XINTF进行访问时，XINTF释放总线。此信号是异步输入并与XTIMCLK同步K1082O/Z外部DMA保持确认信号。当XINTF响应的请求时呈低电平，所有的XINTF总线和选通端呈高阻态。和信号同时发出。当有效（低）时外部器件只能使用外部总线P144O/ZXINTF区域0和区域1的片选，当访问XINTF区域0或1时有效（低）P1388O/ZXINTF区域2的片选。当访问XINTF区域2时有效（低）B13133O/ZXINTF区域6和7的片选。当访问区域6或7时有效（低）N1184O/Z写有效。有效时为低电平。写选通信号是每个区域操作的基础，由XTIMINGx寄存器的前一周期、当前周期和后一周期的值确定M342O/Z读有效。低电平读选通。读选通信号是每个区域操作的基础，由XTIMINGx寄存器的前一周期、当前周期和后一周期的值确定。注意：和是互斥信号XR/N451O/Z通常为高电平，当为低电平时表示处于写周期，当为高电平时表示处于读周期续表名 字引脚号I/O/ZPU/PDS说 明179针GHH封装176针PGF封装128针PBK封装XREADYB6161IPU数据准备输入，被置1表示外设已为访问做好准备。XREADY可被设置为同步或异步输入。在同步模式中，XINTF接口块在当前周期结束之前的一个XTIMCLK时钟周期内要求XREADY有效。在异步模式中，在当前的周期结束前XINTF接口块以XTIMCLK的周期作为周期对XREADY采样3次。以XTIMCLK频率对XREADY的采样与XCLKOUT的模式无关JTAG和其他信号X1/XCLKINK97758I振荡器输入/内部振荡器输入，该引脚也可以用来提供外部时钟。28x能够使用一个外部时钟源，条件是要在该引脚上提供适当的驱动电平，为了适应1.8V内核数字电源（VDD），而不是3.3V的I/O电源（VDDIO）。可以使用一个嵌位二极管去嵌位时钟信号，以保证它的逻辑高电平不超过VDD（1.8V或1.9V）或者去使用一个1.8V的振荡器X2M97657I振荡器输出XCLKOUTF1111987O源于SYSCLKOUT的单个时钟输出，用来产生片内和片外等待状态，作为通用时钟源。XCLKOUT与SYSCLKOUT的频率或者相等，或是它的1/2，或是1/4。复位时XCLKOUT = SYSCLKOUT/4TESTSELA1313497IPD测试引脚，为TI保留，必须接地D6160113I/OPU器件复位（输入）及看门狗复位（输出）。器件复位，XRS使器件终止运行，PC指向地址0x3F FFC0（注：0xXX XXXX中的0x指出后面的数是十六进制数。例如0x3F FFC0=3FFFC0h）当XRS为高电平时，程序从PC所指出的位置开始运行。当看门狗产生复位时，DSP将该引脚驱动为低电平，在看门狗复位期间，低电平将持续512个XCLKIN周期。该引脚的输出缓冲器是一个带有内部上拉（典型值100mA）的开漏缓冲器，推荐该引脚应该由一个开漏设备去驱动TEST1M76751I/O测试引脚，为TI保留，必须悬空TEST2N76650I/O测试引脚，为TI保留，必须悬空续表名 字引脚号I/O/ZPU/PDS说 明179针GHH封装176针PGF封装128针PBK封装B1213598IPD有内部上拉的JTAG测试复位。当它为高电平时扫描系统控制器件的操作。若信号悬空或为低电平，器件以功能模式操作，测试复位信号被忽略注意：在上不要用上拉电阻。它内部有上拉部件。在强噪声的环境中需要使用附加上拉电阻，此电阻值根据调试器设计的驱动能力而定。一般取22k即能提供足够的保护。因为有了这种应用特性，所以使得调试器和应用目标板都有合适且有效的操作TCKA1213699IPUJTAG测试时钟，带有内部上拉功能TMSD1312692IPUJTAG测试模式选择端，有内部上拉功能，在TCK的上升沿TAP控制器计数一系列的控制输入TDIC1313196IPU带上拉功能的JTAG测试数据输入端。在TCK的上升沿，TDI被锁存到选择寄存器、指令寄存器或数据寄存器中TDOD1212793O/ZJTAG扫描输出，测试数据输出。在TCK的下降沿将选择寄存器的内容从TDO移出EMU0D11137100I/O/ZPU带上拉功能的仿真器I/O口引脚0，当为高电平时，此引脚用作中断输入。该中断来自仿真系统，并通过JTAG扫描定义为输入/输出EMU1C9146105I/O/ZPU仿真器引脚1，当为高电平时，此引脚输出无效，用作中断输入。该中断来自仿真系统的输入，通过JTAG扫描定义为输入/输出ADC模拟输入信号ADCINA7B5167119I采样/保持A的8通道模拟输入。在器件未上电之前ADC引脚不会被驱动ADCINA6D5168120IADCINA5E5169121IADCINA4A4170122IADCINA3B4171123IADCINA2C4172124IADCINA1D4173125IADCINA0A3174126I续表名 字引脚号I/O/ZPU/PDS说 明179针GHH封装176针PGF封装128针PBK封装ADCINB7F599I采样/保持B的8通道模拟输入。在器件未上电之前ADC引脚不会ADCINB6D188IADCINB5D277IADCINB4D366IADCINB3C155IADCINB2B144IADCINB1C333IADCINB0C222IADCREFPE21111OADC参考电压输出（2V）。需要在该引脚上接一个低ESR（50m1.5）的10F陶瓷旁路电容，另一端接至模拟地ADCREFME41010OADC参考电压输出（1V）。需要在该引脚上接一个低ESR（50m1.5）的10F陶瓷旁路电容，另一端接至模拟地ADCRESE-XTF21616OADC外部偏置电阻（24.9k）ADCBGREFNE6164116I测试引脚，为TI保留，必须悬空AVSSREFBGE31212IADC模拟地AVDDREFBGE11313IADC模拟电源（3.3V）ADCLOB3175127I普通低侧模拟输入VSSA1F31515IADC模拟地VSSA2C5165117IADC模拟地VDDA1F41414IADC模拟电源（3.3V）VDDA2A5166118IADC模拟电源（3.3V）VSS1C6163115IADC数字地VDD1A6162114IADC数字电源（1.8V）VDDAIOB211I/O模拟电源（3.3V）VSSAIOA2176128I/O模拟地电源信号VDDH123201.8V或1.9V核心数字电源VDDL13729VDDP55642VDDP97556VDDP1263VDDK1210074VDDG1211282VDDC1411282VDDB10143102VDDC8154110续表名 字引脚号I/O/ZPU/PDS说 明179针GHH封装176针PGF封装128针PBK封装VSSG41917内核和数字I/O地VSSK13226VSSL23826VSSP45239VSSK658VSSP87053VSSM107859VSSL118662VSSK139973VSSJ14105VSSG13113VSSE1412088VSSB1412995VSSD10142VSSC10103VSSB8153109VDDAIOB211I/O模拟电源（3.3V）VSSAIOA2176128I/O口模拟地VDDIOJ43125I/O数字电源（3.3V）VDDIOL76449VDDIOL1081VDDION14VDDIOG1111483VDDIOE9145104VDD3VLN86952Flash核电源（3.3V），上电后所有时间内都应将该引脚接至3.3V通用输入/输出（GPIO）或外围信号GPIOA或EVA信号GPIOA0PWM1（O）M129268I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚1GPIOA1PWM2（O）M149369I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚2GPIOA2PWM3（O）L129470I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚3GPIOA3PWM4（O）L139571I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚4GPIOA4PWM5（O）K119872I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚5GPIOA5PWM6（O）K1410175I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚6GPIOA6T1PWM-T1CMPJ1110276I/O/ZPUGPIO或定时器1输出1续表 名 字引脚号I/O/ZPU/PDS说 明179针GHH封装176针PGF封装128针PBK封装GPIOA7T2PWM_T2CMPJ1310477I/O/ZPUIGPIO或定时器2输出2GPIOA8CAP1_QEP1（I）H1010678I/O/ZPUIGPIO或捕获输入1GPIOA9CAP2_QEP2（I）F1110779I/O/ZPUGPIO或捕获输入2GPIOA10CAP3_QEPI1（I）F1210980I/O/ZPUGPIO或捕获输入3GPIOA11TDIRA（I）F1411685I/OZPUGPIO或计数器方向GPIOA12TCKINA（1）F1311786I/O/ZPUGPIO 或计数器时钟输入GPIOA13（I）E1312289I/O/ZPUGPIO或比较器1输出GPIOA14（I）E1112390I/O/ZPUGPIO或比较器2输出GPIOA15（I）F1012491I/O/ZPUGPIO或比较器3输出GPIOB或EVB信号GPIOB0PWM7（O）N24533I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚7GPIOB1PWM8（O）P24634I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚8GPIOB2PWM9（O）N34735I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚9GPIOB3PWM10（O）P34836I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚10GPIOB4PWM11（O）L44937I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚11GPIOB5PWM12（O）M45038I/O/ZPUGPIO或PWM输出引脚12GPIOB6T3PWM_T3CMPK55340I/O/ZPUGPIO或定时器3输出GPIOB7T4PWM_T4CMPN55541I/O/ZPUGPIO或定时器4输出GPIOB8CAP4_QEP3（I）M55743I/O/ZPUGPIO或捕获输入#4GPIOB9CAP5_QEP4（I）M65944I/O/ZPUGPIO或捕获输入#5GPIOB10CAP6_QEPI2（I）P66045I/O/ZPUGPIO或捕获输入#6GPIOB11TDIRB（I）L87154I/O/ZPUGPIO或定时器方向GPIOB12TCLKINB（I）K87255I/O/ZPUGPIO或定时器时钟输入GPIOB13（I）N66146I/O/ZPUGPIO或比较器4输出GPIOB14（I）L66247I/O/ZPUGPIO或比较器5输出GPIOB15（I）K76348I/O/ZPUGPIO或比较器6输出GPIOD或EVA信号GPIOD0（I）H1411081I/O/ZPU定时器1比较输出GPIOD1/（I）G1011584I/O/ZPU定时器2比较输出或EV-A开启外部AD转换输出GPIOD或EVB信号GPIOD5（I）P107960I/O/ZPU定时器3比较输出GPIOD6/（I）P118361I/OZPU定时器4比较输出或EV-B开启外部AD转换输出续表名 字引脚号I/O/ZPU/PDS说 明179针GHH封装176针PGF封装128针PBK封装GPIOE或中断信号GPIOE0XINT_（I）D9149106I/O/Z通用I/O或XINT1或核心输入GPIOE1XINT2_ADCSOC（I）D8151108I/O/ZPUGPIO或XINT2或开始AD转换GPIOE2XNMI_XINT13（I）E8150107I/O/ZPUGPIO或XNMI或XINT13GPIOF或串行外围接口（SPI）信号GPIOF0SPISIMOA（O）M14031I/O/ZGPIO或SPI从动输入，主动输出GPIOF1SPISOMIA（I）N14132I/O/ZGPIO或SPI从动输出，主动输入GPIOF2SPICLKA（I/O）K23427I/O/ZGPIO或SPI时钟GPIOF3SPISTEA（I/O）K43528I/O/ZGPIO或SPI从动传送使能GPIOF或串行通信接口A（SCI-A）信号GPIOF4SCITXDA（O）C7155111I/O/ZPUGPIO或SCI异步串行口发送数据GPIOF5SCIRXDA（I）A7157112I/O/ZPUGPIO或SCI异步串行口接收数据GPIOF6CANTXA（O）N128764I/O/ZPUGPIO或eCAN发送数据GPIOF7CANRXA（I）N138965I/O/ZPUGPIO或eCAN接收数据GPIOF或多通道缓冲串行口（McBSP）信号GPIOF8MCLKXA（I/O）J12823I/O/ZPUGPIO或发送时钟GPIOF9MCLKRA（I/O）H22521I/O/ZPUGPIO或接收时钟GPIOF10MFSXA（I/O）H42622I/O/ZPUGPIO或发送帧同步信号GPIOF11MSXRA（I/O）J22924I/O/ZPUGPIO或接收帧同步信号GPIOF12MDXA（O）G12219I/O/ZGPIO或发送串行数据GPIOF13MDRA（1）G22018I/O/ZPUGPIO或接收串行数据GPIOF或XF CPU输出信号GPIOF14XF_（O）A11140101I/O/ZPU此引脚有3个功能：（1）XF通用输出引脚（2）XPLLDIS复位期间此引脚被采样以检查锁相环PLL是否不使能，若该引脚采样为低，PLL将不被使能。此时，不能使用HALT和STANDBY模式（3）GPIO通用输入/输出功能GPIOG或串行通信接口B（SCI-B）信号GPIOG4SCITXDB（O）P149066I/O/ZGPIO或SCI异步串行口发送数据端GPIOG5SCIRXDB（I）M139167I/O/ZGPIO或SCI异步串行口接收数据端注： 除了TDO，CLKOUT，XF，XINTF，EMU0及EMU1引脚之外，所有引脚的输出缓冲器驱动能力（有输出功能的）典型值是4mA。I：输入；O：输出；Z：高阻态。PU：引脚有上拉功能；PD：引脚有下拉功能。第3章 DSP芯片的定点运算3.1 数 的 定 标在定点DSP芯片中，采用定点数进行数值运算，其操作数一般采用整型数来表示。一个整型数的最大表示范围取决于DSP芯片所给定的字长，一般为16位或24位。显然，字长越长，所能表示的数的范围越大，精度也越高。如无特别说明，本书均以16位字长为例。DSP芯片的数以2的补码形式表示。每个16位数用一个符号位来表示数的正负，0表示数值为正，1则表示数值为负。其余15位表示数值的大小。因此二进制数0010000000000011b8195二进制数1111111111111100b-4对DSP芯片而言，参与数值运算的数就是16位的整型数。但在许多情况下，数学运算过程中的数不一定都是整数。那么，DSP芯片是如何处理小数的呢？应该说，DSP芯片本身无能为力。那么是不是说DSP芯片就不能处理各种小数呢？当然不是。这其中的关键就是由程序员来确定一个数的小数点处于16位中的哪一位。这就是数的定标。通过设定小数点在16位数中的不同位置，就可以表示不同大小和不同精度的小数了。数的定标有Q表示法和S表示法两种。表3.1列出了一个16位数的16种Q表示、S表示及它们所能表示的十进制数值范围。从表3.1可以看出，同样一个16位数，若小数点设定的位置不同，它所表示的数也就不同。例如：16进制数2000H8192，用Q0表示16进制数2000H0.25，用Q15表示但对于DSP芯片来说，处理方法是完全相同的。从表3.1还可以看出，不同的Q所表示的数不仅范围不同，而且精度也不相同。Q越大，数值范围越小，但精度越高；相反，Q越小，数值范围越大，但精度就越低。例如，Q0的数值范围是-32768到+32767，其精度为1，而Q15的数值范围为-1到0.9999695，精度为 1/32768 = 0.00003051。因此，对定点数而言，数值范围与精度是一对矛盾，一个变量要想能够表示比较大的数值范围，必须以牺牲精度为代价；而想提高精度，则数的表示范围就相应地减小。在实际的定点算法中，为了达到最佳的性能，必须充分考虑到这一点。浮点数与定点数的转换关系可表示为：浮点数(x)转换为定点数()：定点数()转换为浮点数(x)：例如，浮点数 x=0.5，定标 Q15，则定点数，式中表示下取整。反之，一个用 Q15 表示的定点数16384，其浮点数为163842-1516384/32768=0.5。表3.1 Q表示、S表示及数值范围Q表示S表示十进制数表示范围Q15S0.15-1X0.9999695Q14S1.14-2X1.9999390Q13S2.13-4X3.9998779Q12S3.12-8X7.9997559Q11S4.11-16X15.9995117Q10S5.10-32X31.9990234Q9S6.9-64X63.9980469Q8S7.8-128X127.9960938Q7S8.7-256X255.9921875Q6S9.6-512X511.9804375Q5S10.5-1024X1023.96875Q4S11.4-2048X2047.9375Q3S12.3-4096X4095.875Q2S13.2-8192X8191.75Q1S14.1-16384X16383.5Q0S15.0-32768X327673.2 高级语言：从浮点到定点在编写DSP模拟算法时，为了方便，一般都是采用高级语言(如C语言)来编写模拟程序。程序中所用的变量一般既有整型数，又有浮点数。如例3.1程序中的变量i是整型数，而pi是浮点数，hamwindow则是浮点数组。例3.1 256点汉明窗计算inti;floatpi=3.14159;floathamwindow256;for(i=0;iQy，加法/减法结果z的定标值为Qz，则zx+y = 所以定点加法可以描述为：int x,y,z;long temp;/*临时变量*/tempy(QxQz), 若QxQzz(int)(temp(QzQx), 若QxQz例3.2 定点加法设x0.5，y3.1，则浮点运算结果为zx+y0.5+3.13.6;Qx15，Qy13，Qz13，则定点加法为：x16384；y25395;temp253952)29491;因为z的Q值为13，所以定点值z29491即为浮点值z29491/81923.6。例3.3 定点减法设x3.0，y3.1，则浮点运算结果为zx-y3.0-3.1-0.1;Qx13，Qy13，Qz15，则定点减法为：x24576；y25295；temp25395;tempx-temp24576-25395-819;因为QxQz，故 z(int)(-819Qy，加法结果z的定标值为Qz,则定点加法为：int x，y；long temp，z；tempy(Qx-Qz)，若QxQzztemp32767，因此Qx1，Qy0，Qz0，则定点加法为：x30000；y20000；temp20000135000;因为z的Q值为0，所以定点值z=35000就是浮点值，这里z是一个长整型数。当加法或加法的结果超过16位表示范围时，如果程序员事先能够了解到这种情况，并且需要保证运算精度时，则必须保持32位结果。如果程序中是按照16位数进行运算的，则超过16位实际上就是出现了溢出。如果不采取适当的措施，则数据溢出会导致运算精度的严重恶化。一般的定点DSP芯片都设有溢出保护功能，当溢出保护功能有效时，一旦出现溢出，则累加器ACC的结果为最大的饱和值(上溢为7FFFH，下溢为8001H)，从而达到防止溢出引起精度严重恶化的目的。3.2.2 乘法运算的C语言定点模拟设浮点乘法运算的表达式为：float x,y,z;z = xy;假设经过统计后x的定标值为Qx，y的定标值为Qy，乘积z的定标值为Qz，则z = xy = =所以定点表示的乘法为：int x,y,z;long temp;temp = (long)x;z = (tempy) (Qx+Qy-Qz);例3.5 定点乘法设x = 18.4，y = 36.8，则浮点运算值为z =18.436.8 = 677.12;根据上节，得Qx = 10，Qy = 9，Qz = 5，所以x = 18841；y = 18841；temp = 18841L;z = (18841L*18841)(10+9-5) = 354983281L14 = 21666;因为z的定标值为5，故定点 z = 21666即为浮点的 z = 21666/32 = 677.08。3.2.3 除法运算的C语言定点模拟设浮点除法运算的表达式为：float x,y,z;z = x/y;假设经过统计后被除数x的定标值为Qx，除数y的定标值为Qy，商z的定标值为Qz，则z = x/y = 所以定点表示的除法为：int x,y,z;long temp;temp = (long)x;z = (temp(Qz-Qx+Qy)/y;例3.6 定点除法设x = 18.4，y = 36.8，浮点运算值为z = x/y = 18.4/36.8 = 0.5;根据上节，得Qx = 10，Qy = 9，Qz = 15；所以有x = 18841, y = 18841;temp = (long)18841;z = (18841L(15-10+9)/18841 = 308690944L/18841 = 16384;因为商z的定标值为15，所以定点z = 16384即为浮点 z = 16384/215= 0.5。3.2.4 程序变量的Q值确定在前面几节介绍的例子中，由于x、y、z的值都是已知的，因此从浮点变为定点时Q值很好确定。在实际的DSP应用中，程序中参与运算的都是变量，那么如何确定浮点程序中变量的Q值呢？从前面的分析可以知道，确定变量的Q值实际上就是确定变量的动态范围，动态范围确定了，则Q值也就确定了。设变量的绝对值的最大值为，注意必须小于或等于32767。取一个整数n，使它满足则有Q = 15-n例如，某变量的值在-1至1之间，即1，因此n = 0，Q15-n = 15。确定了变量的就可以确定其Q值，那么变量的又是如何确定的呢？一般来说，确定变量的有两种方法：一种是理论分析法，另一种是统计分析法。1理论分析法有些变量的动态范围通过理论分析是可以确定的。例如：(1) 三角函数，y = sin(x)或y = cos(x)，由三角函数知识可知，|y|1；(2) 汉明窗，y(n) = 0.54-0.46cos 2pn/(N-1) ，0nN-1。因为-1cos 2pn/(N-1)1，所以0.08y(n)1.0；(3) FIR卷积。y(n)=，设，且x(n)是模拟信号12位量化值，即有 211，则211；