《DSP系统与芯片》PPT课件.ppt

第二节 DSP系统与芯片,基本DSP系统的构成,DSP信号处理流程图,注释：Signal conditioning信号调理,（1）接口方便,DSP系统的特点 -（具有数字处理的全部优点）,DSP应用系统与其他以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的，与这样的系统接口实现某种功能，要比模拟系统与这些系统接口容易得多。,（2）编程方便,DSP的可编程性使设计人员在开发和使用 过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。,（3）稳定性好,由于DSP系统以数字处理为基础，受环境 以及噪声的影响较小，可靠性高。,抗噪声干扰,对于模拟信号，对于干扰难于去除； 对于数字信号，就是0和1；如下图，我们通过上下各切一刀，就可以很方便地将噪声去除，0还是零，1还是一。,1.信号在模拟系统经过一系列模拟运算处理，误差积累，噪声逐级放大，整个系统信噪比指标下降； 2.对于数字系统，仅受A/D转换的量化误差及系统有限字长影响，处理过程中不会产生其他噪声。 所以，数字信号处理的信号-噪声比高。,数字信号处理的信号-噪声比高,数字信号处理的动态范围宽,1.模拟录音系统偏差允许范围1-1000（最大不失真记录电平），则模拟系统动态范围： 20lg1000=60dB 2.数字系统，采用“0”、“1”电平，则N位数字系统动态范围： 20lg(2N )=20Nlg2=6N dB 16位数字系统（N=16）的动态范围： 6*16=96 dB 可见，数字系统动态范围比模拟系统高36 dB。,（4）精度高,受系统的字长限制。,（5）可重复性好,1.模拟系统的性能受元器件参数变化影响比较大，比如环境温度变化造成元器件参数变化 从而影响整个系统的性能，甚至不同批次的元器件，参数性能会有所不同； 2.而数字系统基本不受这些因素的影响。 因此数字系统便于测试、调试和大规模生产。,（6）集成方便,由于DSP应用系统中的数字部件有高度规范性， 所以便于大规模集成。,当然数字信号处理也存在一定的缺点： 例如，DSP系统中的高速时钟可能带来高频干 扰和电磁泄漏等问题。 对于简单的信号处理任务，如模拟交换线的控制接口，若采用DSP则可能会造成成本增加。,为什么采用浮点DSP,数字信号处理器的数据格式决定了它处理信号的 1.精度 2.动态范围 3.信噪比的不同 浮点DSP高级语言编程能力、巨大的地址空间和宽广的动态范围允许我们在系统开发过程中把主要精力和时间集中在算法和信号处理上，而不是汇编语言代码和错误处理上。 因此采用浮点DSP降低了完成算法和软件开发的难度。,DSP系统设计,DSP系统设计的一般过程如下图所示：,DSP应用需求分析,DSP芯片选型,硬件设计、仿真、制作,软件编程、算法设计、仿真,定义系统性能指标,硬件调试,软件调试,软、硬件联调，系统集成,系统测试和调试,处理速度,处理精度,工作的温度范围,系统硬件设计过程,DSP硬件板设计流程,电脑绣花机1,电脑绣花机2,电脑绣花机3,DSP硬件系统设计,1. DSP最小系统 2. DSP与外围设备接口 3. DSP系统电平转换电路 4. A/D转换电路 5. D/A转换电路 6. 滤波电路,DSP系统的开发工具,要开发一个完整的DSP应用系统，需要借助许多软、硬件开发工具，下表列出了可能需要的开发工具，需要注意的是有些工具不一定是必备的（如逻辑分析仪）。有些是可选的，如算法模拟时可以用C语言，也可用MATLAB语言，还可以是其它计算机语言。,DSP开发工具,软硬件配合调试，需要硬件仿真器（Emulator）和软件模拟器（Simulator），它们都属于DSP开发工具。 选择开发工具是选择DSP的重要参考指标。,DSP应用系统可能开发工具表,开发环境构成,主机 （微机或工作站）,+,目标机（装有目标DSP的硬件系统或由软件模拟的目标处理器）,通讯采用串口、并口、微机总线（PCI、ISA）、或专用仿真接口（JTAG）,课后作业,1试说明DSP有那两种含义？ 2试画出DSP系统的设计流程图？ 3DSP系统的特点是什么？ 课后准备：DSP芯片的特点是什么？,DSP芯片的特点,DSP芯片，即数字信号处理芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用于实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点： （1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。 （2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。 （3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。,DSP芯片的特点续,（4）快速的中断处理和硬件I/O支持。 （5）具有低开销或无开销循环及跳转支持。 （6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。 （7）可以并行执行多个操作。 （8）支持流水线操作，取指、译码和执行等操作可以 并行执行。 （9）与通用微处理器或与ARM处理器相比，DSP芯片的设备管理功能相对较弱，到部分DSP内部没有ROM 。,通用计算机的乘法是用软件实现的，一次乘法往往需要许多个机器周期才能完成，为了提高处理器的运算速度，所有DSP都无一例外的设置了硬件乘法器以及MAC（乘并且累加）一类的指令，可以在单周期内取两个操作数，相乘并将乘积加到累加器中,在数字信号处理算法中，乘和累加是最多的运算（数字滤波、FFT、卷积、相关、向量和矩阵等运算），都大量采用类似下式的运算,（1） 在一个指令周期内完成一次乘法和一次加法,（2） 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据,PEx和PEy（SIMD）,DAG1,并行2,微处理器的冯.诺依曼结构与哈佛结构,传统的通用CPU（如奔腾）的程序代码和数据公用一个存储空间和单一的地址与数据总线，这样的结构称为冯诺依曼结构； 而DSP处理器则将程序代码和数据的存储空间分开，它们各自有各自地址总线和数据总线，这就是所谓的哈佛结构。 在哈佛结构的基础上，再加以改进，使得程序代码和数据存储空间之间可以进行数据的传送，称为改进的哈佛结构。,（3）大容量的片内SRAM 双端口SRAM可以被处理器核和DMA同时独立访问，根据不同型号，SRAM容量不同。,（4）快速的中断处理和硬件I/O支持 中断主要包括： (a)外部事件中断,如仿真器中断、复位中断和外部输入中断； (b)内部中断，如定时中断和DMA控制中断、运算错误中断、多处理器中断、链路服务请求中断以及用户自定义中断等。,硬件I/O支持主要包括： (a)通用I/O（GPIO-General-Purpose IO ports）; (b)同步串口？和异步串口？; (c)主机接口(HIPHost Interface Periphery); (d)JTAC边界扫描逻辑电路（IEEE 1149.1）- 用于DSP芯片的在线仿真（将程序通过下 载电缆，下载到DSP芯片中进行仿真）， 以及多处理器条件下的调试。,(5)具有低开销或零(无)开销循环及跳转支持,DSP算法往往需要将大量的处理时间花费在反复执行软件中的一个小部分，例如循环上。 为此大多数DSP处理器都对高效的循环提供专门的支持，往往要提供专门的循环指令，在无须花费任何时钟周期的情况下，实现FORNEXT循环。即“零开销循环”,（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器,在通用CPU中，数据地址的产生和数据的处理都是由ALU来完成。 在DSP处理器中则设置了专门的数据地址发生器（有的甚至设置多个数据地址发生器）来产生所需要的数据地址。 数据地址的产生与CPU的工作并行进行，从而节省了CPU的时间，提高了信号处理的速度。,（7） 可以并行执行多个操作,ADSP21160内部有多个执行单元，可以并行执行多个操作： 例如在DSP内部设有算术逻辑单元（ALU），乘法器和移位器能够并行地执行单个乘、累加指令； 甚至在AD公司的ADSP21160内部有两个完全相同的处理单元PEx和PEy，两个完全相同的ALU、乘法器、移位器和通用数据寄存器组； 上述设计目的：就是为了实现SIMD（单指令多数据模式），两个处理单元还可以同时并行执行同一条指令，而操作数不同从而使处理器的计算能力提升一倍； 这对于高速实时数字信号处理算法，无疑是一种理想的并行技术。,（8）支持流水线操作，取指、译码和执行等操 作可以并行执行,计算机在执行一条指令时，总是要经过取指、译码、取数、执行等步骤，需要若干个指令周期才能完成，流水线技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行，而不是一条指令执行完成后，才开始