ADSP TS20XS系列DSP原理与应用设计

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出版者:电子工业出版社
作者:刘书明
出品人:
页数:464
译者:
出版时间:2007-1
价格:48.00元
装帧:平装
isbn号码:9787121033537
丛书系列:
图书标签:
  • dsp
  • 专业
  • 1
  • DSP
  • ADSP TS20XS
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具体描述

本书是DSP应用丛书之一,主要介绍ADSP TS20XS系列DSP的硬件组成、指令系统、软件设计以及应用系统设计技术。具体包括处理器的內核结构、存储器组织结构和I/O资源;指令系统组成、系统程序优化设计和多DSP系统的软件设计;应用系统的功耗及散热、电源、高速时钟、多DSP系统设计和设计实例。

  本书主要介绍美国模拟器件公司(ADI)最新高档DSP系列——ADSP TS20XS的硬件组成原理,指令系统及软件设计,应用系统设计技术等方面的内容。主要包括处理器内核结构、存储器组织结构以及I/0资源;ADSP TS20XS指令系统组成、系统程序优化设计以及多DSP系统的软件设计;应用系统设计中包括功耗及散热设计、电源设计、高速时钟系统设计、多DSP系统设计和ADSP TS20XS设计实例等内容。

  本书面向广大电子工程设计人员,大专院校通信工程、电子工程、计算机应用、工业自动化等专业的教师、研究生和高年级学生,还可以作为相关专业高年级学生和研究生的教材。

深入理解现代嵌入式系统开发:基于Cortex-M系列微控制器的实践指南 概述 本书旨在为电子工程、计算机科学及相关领域的学生、工程师和技术爱好者提供一本全面、深入且极具实践指导意义的教材。它聚焦于当前嵌入式系统开发领域最主流、应用最广泛的 ARM Cortex-M系列微控制器(如STM32、NXP Kinetis、TI Tiva C等),旨在系统性地阐述从硬件基础到复杂软件架构的全栈开发技术。 本书摈弃了对特定型号芯片繁琐的寄存器级代码堆砌,而是着重于教授通用的设计思想、高效的编程范式以及现代嵌入式软件的工程化实践。通过结合清晰的理论讲解与大量的、可复用的工程实例,读者将能够迅速掌握开发高性能、低功耗、高可靠性的嵌入式产品的核心技能。 --- 第一部分:嵌入式系统与Cortex-M架构基础(Foundation & Architecture) 本部分为后续高级应用打下坚实的理论基础,重点剖析Cortex-M内核的设计哲学及其带来的软件设计范式转变。 第一章:嵌入式系统设计的演进与生态格局 本章首先回顾了传统8位/16位微控制器时代的局限性,并引入了32位RISC架构的必然性。我们将详细介绍ARM Cortex-M系列(M0/M0+/M3/M4/M7)在性能、功耗和代码密度上的权衡,以及它们如何占据了物联网(IoT)、工业控制和消费电子的主导地位。重点阐述了Cortex-M生态系统(如CMSIS、Keil MDK/IAR EWARM、GCC工具链)的构成。 第二章:Cortex-M内核深度解析 本章是理解高效代码的基础。我们将深入研究Cortex-M内核(以Cortex-M4为例)的核心结构: 1. 流水线与指令集: 详细分析Thumb-2指令集(混合16位/32位指令)如何实现代码密度的优化,以及流水线如何影响实时性能的预测。 2. 内存保护单元(MPU): 讲解MPU的配置,包括域、区域划分、权限设置,及其在构建多任务、权限隔离操作系统环境中的关键作用。 3. 系统控制块(SCB): 深入探讨系统时钟配置(RCC/PLL)、系统计数器(SysTick)的精确控制,以及中断向量表的管理机制。 4. 浮点单元(FPU): 如果目标芯片包含FPU,本章将阐述单精度/双精度浮点运算的硬件加速原理及其在DSP算法中的优势。 第三章:高级中断与异常管理 实时性是嵌入式系统的生命线。本章专注于Cortex-M的NVIC(嵌套向量中断控制器): 1. 中断优先级模型: 深入理解NVIC中的抢占优先级(Preemption Priority)和子优先级(Sub-priority)的物理含义和配置方法,以及它们如何确保复杂中断序列的确定性。 2. 中断延迟分析: 测量和最小化从外部事件触发到ISR(中断服务程序)开始执行的端到端延迟。 3. 总线交互与数据同步: 在多中断源和多核(或多协处理器)系统中,如何使用内存屏障(Memory Barriers) 确保数据一致性。 --- 第二部分:底层硬件驱动与外设交互(Hardware Abstraction & Peripherals) 本部分将指导读者如何抛弃依赖特定厂商的“寄存器级编程”思维,转而采用更具可移植性的抽象驱动开发方法。 第四章:驱动模型的分层设计(HAL vs. LL vs. 寄存器) 讨论当前主流的驱动开发策略的优劣: 1. HAL(硬件抽象层): 优点是易于移植,缺点是代码冗余和性能开销。重点讲解如何优化HAL库的使用,避免不必要的开销。 2. LL(底层驱动): 更接近硬件,性能更高。教授如何基于LL库构建面向对象的驱动接口。 3. 直接寄存器访问: 在对性能和资源要求极高的场景下,展示如何安全、高效地进行寄存器操作,并强调使用`volatile`关键字的重要性。 第五章:高速数据传输技术——DMA控制器深度应用 DMA(直接内存访问)是提升系统吞吐量的关键。本章将系统性地讲解DMA控制器的工作模式: 1. 基础模式配置: 单次传输、循环传输、增量/固定地址模式的设置。 2. 复杂数据流管理: 如何配置半传输中断(Half-Transfer Interrupt)和全传输中断,以实现高效的数据缓冲和预取。 3. 多通道与交叉触发: 在ADC采样、SPI/I2C传输与存储器写入之间建立复杂的同步链条。 第六章:定时器、PWM与精确时间测量 深入探讨高级定时器模块(如通用定时器、高级控制定时器)的功能: 1. 输入捕获与输出比较: 结合编码器接口实现精确的速度和位置测量。 2. 互补PWM输出: 在电机驱动和电源管理中,如何精确控制上下桥臂的死区时间(Dead Time Insertion)。 3. 低功耗定时: 利用低速内部振荡器(LSI)和看门狗定时器(WDT)实现系统在睡眠模式下的唤醒和安全复位。 --- 第三部分:实时操作系统与软件工程(RTOS & Software Engineering) 本部分关注如何将分散的驱动代码组织成健壮、可维护的现代嵌入式应用软件。 第七章:实时操作系统(RTOS)的核心机制 本书选择FreeRTOS作为讲解平台,但其原理适用于所有抢占式内核。 1. 内核对象与同步原语: 详细解析任务(Task)、队列(Queue)、信号量(Semaphore)和互斥锁(Mutex)的内部实现和正确使用场景,重点区分二值信号量和互斥体的区别(防止优先级反转)。 2. 内存管理策略: 分析RTOS提供的堆内存管理方案(如Heap_1到Heap_5),以及在固定资源环境下如何避免内存碎片化。 3. 上下文切换的开销分析: 通过汇编级视角审视任务切换过程,理解其对系统时间预算的影响。 第八章:嵌入式软件的可靠性与调试方法 现代嵌入式开发要求高可靠性。本章侧重于工程实践: 1. 错误处理与断言机制: 建立一套系统级的错误码和日志框架,区分可恢复错误与致命错误。 2. 软件看门狗与栈溢出检测: 实现基于定时器的软件看门狗,以及检测任务栈空间是否被过度使用的技术。 3. 进阶调试工具链: 介绍JTAG/SWD接口的高级功能,如无源和有源系统探查(SWO/ITM),用于在不停止CPU的情况下进行实时数据追踪。 第九章:通信协议栈与数据可靠传输 关注嵌入式系统中最常见的通信挑战: 1. 面向流的通信(UART/SPI): 讨论如何使用DMA和环形缓冲区(Ring Buffer)优化串口的收发效率,实现高波特率下的无丢包通信。 2. 网络接入基础(LwIP/TCP/IP): 介绍轻量级TCP/IP协议栈的移植、配置以及网络接口的驱动集成。 3. 安全通信与认证: 简要介绍TLS/DTLS在嵌入式设备上的资源消耗考量与实现概述。 --- 附录:高效C语言编程实践 本附录提供针对嵌入式环境优化的C语言编程规范和技巧,包括位操作的效率优化、结构体对齐(Padding)的控制,以及如何编写跨编译器的兼容性代码。 --- 本书特点: 架构驱动: 紧密围绕Cortex-M的硬件特性进行软件设计。 实践导向: 所有理论均配有可编译、可运行的工程示例代码。 工程视野: 强调RTOS、调试和可靠性,培养工程师的系统级思维。 通过学习本书,读者将不仅掌握如何点亮一个LED,更重要的是,学会如何构建一个稳定、可维护且具备高性能的复杂嵌入式系统。

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当我翻开这本书的第二部分,关于TS20XS系列DSP的编程模型和指令集的部分,我更是爱不释手。过去,我对DSP的汇编语言总是有种莫名的畏惧感,觉得它晦涩难懂,离实际应用遥不可及。但这本书彻底改变了我的看法。作者以一种循序渐进的方式,从最基础的寻址模式开始,逐步引入各种指令的语法和功能。最让我赞叹的是,书中并非照本宣科地列出指令集,而是结合了大量的实际代码片段,并通过对这些代码的细致解读,来阐释指令的应用场景和设计思路。 例如,在讲解SIMD(单指令多数据)指令时,作者没有仅仅停留在“一次可以处理多个数据”这个泛泛的描述上,而是通过一个具体的音频滤波算法的实现例子,清晰地展示了SIMD指令如何在向量化处理中发挥巨大的作用,显著提升了计算效率。他甚至还探讨了如何根据不同的数据类型和计算需求,选择最适合的SIMD指令,以及如何避免常见的SIMD编程陷阱。此外,书中对DSP特定的指令,如MAC(乘累加)指令、位操作指令等的深入讲解,也让我受益匪浅。我终于明白了为什么DSP在信号处理领域如此强大,原来这些精心设计的指令集才是其核心竞争力所在。

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这本书在实时操作系统(RTOS)与TS20XS系列DSP结合应用方面的讲解,非常及时和实用。在许多嵌入式系统中,实时操作系统的引入是实现复杂功能和高效资源管理的必然选择。而TS20XS系列DSP强大的处理能力,使其非常适合运行RTOS。 我特别欣赏书中关于RTOS选择和移植的讨论。作者并没有推荐某一个特定的RTOS,而是分析了不同RTOS的优缺点,以及它们在TS20XS系列DSP上的适用性。他深入讲解了RTOS的核心概念,如任务调度、进程间通信(IPC)、中断处理、内存管理等,并详细阐述了如何在TS20XS系列DSP平台上移植一个RTOS。书中还给出了一个具体的RTOS应用案例,例如一个简单的多任务通信系统,通过这个案例,我能够直观地理解RTOS是如何工作的,以及如何利用RTOS来管理DSP上的多个并发任务。这种对RTOS与DSP结合的深入探讨,对于开发复杂的嵌入式系统至关重要。

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这本书在接口设计和总线通信方面的讲解,非常细致和全面。在复杂的嵌入式系统中,不同模块之间的通信和数据交换是实现系统功能的核心。TS20XS系列DSP提供了多种多样的接口和总线,如何有效地利用它们,对于系统的设计和性能至关重要。 我特别欣赏书中对各个接口的详细介绍,例如SPI、I2C、UART、USB、Ethernet等。作者不仅讲解了每个接口的工作原理和通信协议,还深入探讨了如何在TS20XS系列DSP平台上配置和使用这些接口。例如,在讲解SPI接口时,书中会详细介绍如何设置主/从模式,如何配置数据位宽和时钟极性,以及如何处理通信中的错误。此外,书中还对各种总线拓扑结构进行了分析,例如点对点通信、多主总线、共享总线等,并探讨了如何在TS20XS系列DSP系统中实现高效的总线通信。他还讨论了如何利用DMA控制器来加速数据传输,以及如何避免总线冲突和数据丢失。这种对接口和总线通信的深入讲解,让我能够更好地理解和设计复杂的嵌入式系统。

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这本书真是让我惊喜连连,我一直对ADSP TS20XS系列DSP有着浓厚的兴趣,但苦于找不到一本能够深入浅出、真正讲透其精髓的书籍。很多市面上的资料要么过于理论化,让人望而却步,要么过于浅显,无法满足实际工程应用的需求。直到我拿到这本《ADSP TS20XS系列DSP原理与应用设计》,我才仿佛找到了失散多年的宝藏。 书中关于TS20XS系列DSP的底层架构解析,绝对是亮点中的亮点。作者并非简单罗列各种寄存器和指令,而是从更宏观的角度,将整个芯片的硬件组织、数据通路、指令流水线等核心概念娓娓道来。例如,在讲解Blackfin处理器的独特异构多线程架构时,作者并没有止步于概念的介绍,而是深入剖析了其多线程的调度机制、共享资源的冲突与解决策略,以及如何在实际编程中有效地利用多线程来提升性能。我还特别欣赏书中对Cache一致性、DMA控制器工作原理的详细阐述,这些往往是影响DSP性能的关键因素,但又常常被许多入门书籍所忽略。作者通过大量的图示和生动的比喻,将这些复杂的概念变得易于理解,让我仿佛亲眼目睹了数据在芯片内部的流动过程,极大地加深了我对TS20XS系列DSP硬件特性的认知。

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书中关于TS20XS系列DSP与FPGA的协同设计部分,为我打开了一个全新的思路。我一直认为DSP和FPGA是各自独立的领域,但在阅读这本书后,我才意识到它们之间有着巨大的协同潜力,尤其是在高性能计算和专用硬件加速方面。 作者详细介绍了如何利用FPGA来实现DSP无法高效完成的特定任务,例如高度并行的数据预处理、定制化的硬件逻辑加速等。书中给出了一个典型的应用场景,例如将一个计算量巨大的图像处理算法中的关键部分,通过FPGA实现,然后通过高速接口(如SPI、parallel interface)与TS20XS系列DSP进行数据交换。作者不仅讲解了FPGA的设计流程,还深入探讨了如何优化DSP与FPGA之间的数据接口,以最小化通信延迟,并最大化整体系统的吞吐量。他还讨论了如何利用FPGA的灵活性,来设计一套可重构的硬件加速器,以适应不同的应用需求。这种将DSP的通用计算能力与FPGA的专用硬件加速能力相结合的设计理念,对于追求极致性能的系统来说,具有非常重要的指导意义。

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这本书在应用设计部分的叙述,简直是我期待已久的。许多DSP书籍往往停留在原理讲解层面,对于如何将这些原理转化为实际可用的产品,则鲜有提及。而这本《ADSP TS20XS系列DSP原理与应用设计》则恰恰填补了这一空白。作者在讲解完TS20XS系列DSP的基本原理后,并没有就此打住,而是立刻将其与实际的工程应用场景相结合。 书中详细介绍了TS20XS系列DSP在音频处理、通信系统、图像处理等多个领域的典型应用案例。我特别关注的是其在音频编码/解码方面的设计,书中不仅给出了算法的原理,还深入讲解了如何在DSP上实现高效的音频编码器,例如MP3、AAC等,以及如何利用DSP的硬件加速功能来处理高采样率、多通道的音频数据。作者甚至还讨论了如何根据不同的应用需求,对DSP进行系统级的设计和优化,包括外设接口的选择、内存配置、时钟管理等。这种从原理到应用的完整链条,让我对如何利用TS20XS系列DSP解决实际问题有了清晰的认知,也为我未来的项目设计提供了宝贵的参考。

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我对这本书在软件开发工具链方面的介绍非常满意。过去,我常常因为不熟悉DSP的开发环境而感到困扰。很多时候,即使理解了DSP的原理,但在实际编写代码、调试程序时,却因为对开发工具的不熟悉而寸步难行。这本书在这方面做得非常出色,它详细介绍了TS20XS系列DSP常用的开发环境,如VisualDSP++,并对其各个模块的功能进行了深入的解析。 我尤其喜欢书中关于编译器优化策略的讲解。作者不仅列出了各种编译选项,还深入分析了不同优化选项对生成代码的性能影响,并给出了一些实用的优化技巧。例如,在讲解循环展开、函数内联、寄存器分配等优化技术时,作者都通过具体的代码示例,清晰地展示了这些技术是如何工作的,以及它们能够带来多大的性能提升。此外,书中关于调试工具的使用,如断点设置、单步执行、内存查看、寄存器监视等,也介绍得非常详细,让我能够更加高效地定位和解决程序中的bug。这种对开发工具链的全面而深入的讲解,极大地降低了我学习和使用TS20XS系列DSP的门槛。

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让我感到惊喜的是,这本书在低功耗设计方面的讲解。在许多便携式设备和电池供电的系统中,功耗是至关重要的考量因素。而TS20XS系列DSP作为一款高性能处理器,如何做到低功耗,一直是我比较关心的问题。 书中详细介绍了TS20XS系列DSP的各种低功耗模式,例如睡眠模式、待机模式、动态电压和频率调整(DVFS)等,并深入分析了这些模式的工作原理和功耗节省效果。作者不仅讲解了如何通过软件手段来控制DSP进入低功耗模式,还探讨了如何在硬件层面进行优化,以降低系统的整体功耗。例如,他会分析如何选择低功耗的外围器件,如何优化时钟树的设计,以及如何通过合理的电源管理策略来延长电池寿命。书中还给出了一个具体的低功耗设计案例,例如一个便携式音频播放器,通过这个案例,我能够直观地看到,如何通过多方面的优化,将TS20XS系列DSP的功耗降至最低,同时保持足够的性能。

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这本书在性能优化方面的深度,是我之前从未想过的。我一直以为,DSP的性能优化主要就是依靠编写更高效的汇编代码,但这本书让我看到了更广阔的天地。作者不仅讲解了汇编层面的优化技巧,例如如何合理利用指令流水线、如何避免分支预测失败、如何精确控制数据访问延迟等,还深入探讨了更高级的优化方法。 令我印象深刻的是,书中对算法级优化的讲解。作者通过几个实际的信号处理算法,例如FFT(快速傅里叶变换)和FIR(有限冲击响应)滤波器,展示了如何在算法层面进行改进,以更好地适应DSP的硬件特性。例如,他会解释如何将一个传统的FFT算法,通过重排和分组等方式,使其更适合在TS20XS系列DSP的SIMD架构上高效执行。此外,书中还讨论了如何利用DSP的缓存机制来优化数据访问的局部性,以及如何通过并行的计算来充分发挥多核DSP的优势。这种从微观指令到宏观算法的全面优化思路,让我对如何榨干DSP的每一分性能有了更深刻的理解。

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这本书在DSP在机器学习和人工智能领域的应用方面,给我带来了耳目一新的感觉。我一直认为,机器学习和人工智能的计算主要依赖于高端的GPU和CPU,但这本书让我看到了DSP在这一领域的光明前景。 作者详细介绍了TS20XS系列DSP如何应用于机器学习推理和模型部署。他首先阐述了DSP在处理向量和矩阵运算方面的优势,这正是许多机器学习算法的核心。然后,书中给出了几个具体的应用案例,例如在嵌入式设备上实现图像识别、语音指令识别等。作者不仅讲解了如何将训练好的机器学习模型(例如CNN、RNN)移植到TS20XS系列DSP上进行推理,还深入探讨了如何利用DSP的硬件加速功能来优化模型的推理速度和功耗。他甚至还讨论了如何利用DSP的低功耗特性,在边缘设备上实现轻量级的机器学习推理。他还探讨了如何利用DSP的实时处理能力,将机器学习模型集成到实时系统中,例如自动驾驶、智能监控等。这种对DSP在AI领域的应用探索,让我看到了DSP新的发展方向。

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