DSP技术概述课件

1、DSP技术概述电子信息工程系电子信息工程系概述概述DSP技术概述教材及参考书教材及参考书nDSP原理及应用，邹彦原理及应用，邹彦 编著，电子工业出版社编著，电子工业出版社nTMS320C54xDSP结构、原理及应用，戴明桢，周建江，北结构、原理及应用，戴明桢，周建江，北京航空航天大学出版社京航空航天大学出版社n考核方式：课堂、实验、卷面考核方式：课堂、实验、卷面n上课上课24学时，实验学时，实验16学时学时n目的：目的：n了解了解DSP在硬件、软件等方面是如何适应数字信号处理的；在硬件、软件等方面是如何适应数字信号处理的；n掌握掌握DSP算法实现的编程方法、软件开发的方法、步骤；算法实现的编程

2、方法、软件开发的方法、步骤；n了解了解DSP最小系统的设计方法。最小系统的设计方法。n目标：人人目标：人人80分以上分以上n一起努力，严格要求，认真教学，改进方法，重视实验。一起努力，严格要求，认真教学，改进方法，重视实验。DSP技术概述主要内容主要内容v 一、什么是一、什么是DSP？v 二、二、DSP的硬件结构与软件特点的硬件结构与软件特点v 三、三、DSP的分类、厂家及发展的分类、厂家及发展v 四、四、DSP系统的设计与开发系统的设计与开发v 五、五、DSP应用应用DSP技术概述1、数字信号处理、数字信号处理 （Digital Signal ProcessingDSP）用数学运算的方法对信

3、号进行处理，以获取有用信用数学运算的方法对信号进行处理，以获取有用信息。息。强调的是强调的是数字信号处理方法、技术数字信号处理方法、技术。一、什么是一、什么是DSPDSP？n信号处理信号处理目的目的: 是获取信号中包含的有用信息，并用更直观的是获取信号中包含的有用信息，并用更直观的 方式进行表达。方式进行表达。(少的数据，表示复杂的内容少的数据，表示复杂的内容)作用：信号改善；信号检测、估计作用：信号改善；信号检测、估计方法：信号波形分析；现代谱分析；自适应滤波等方法：信号波形分析；现代谱分析；自适应滤波等DSP技术概述2、数字信号处理器、数字信号处理器 （Digital Signal Pro

4、cessorDSP）所谓所谓DSP：就是一种特别适合进行数字信号处理的微：就是一种特别适合进行数字信号处理的微处理器。处理器。 强调的是强调的是数字信号处理芯片数字信号处理芯片，利用数字信号处理，利用数字信号处理理论，在芯片上运行目标程序，实现对信号的处理。理论，在芯片上运行目标程序，实现对信号的处理。DSP技术概述3 3、DSPDSP系统组成系统组成抗混叠抗混叠滤波器滤波器A/DA/D转换器转换器DSPDSPD/AD/A转换器转换器重建重建滤波器滤波器模拟输入模拟输入模拟输出模拟输出基本数字信号处理系统：基本数字信号处理系统： 输入通道输入通道 数字信号处理模块数字信号处理模块 输出通道输出

5、通道DSP技术概述4 4、数字信号处理（系统）的优点数字信号处理（系统）的优点 精度高：精度高：17位字长达到位字长达到10-3 可靠性强：数字电路抗噪声能力强可靠性强：数字电路抗噪声能力强 集成度高：数字电路便于集成集成度高：数字电路便于集成 接口方便：数字传输，便于接口接口方便：数字传输，便于接口 灵活性好：编程实现，修改方便灵活性好：编程实现，修改方便 保密性好：集成在芯片内，难以仿造保密性好：集成在芯片内，难以仿造 时分复用：分时处理，分时传输时分复用：分时处理，分时传输 功能强：能实现模拟系统无法完成的功能功能强：能实现模拟系统无法完成的功能DSP技术概述5 5、数字信号处理的实现方

6、法数字信号处理的实现方法1 1）在通用）在通用PCPC机上用机上用软件软件（如（如C C、C+C+）实现。）实现。 缺点：使用场合受限。缺点：使用场合受限。 2 2）用）用单片机单片机（如（如MCS-51MCS-51、9696系列等）实现。系列等）实现。 缺点是：只用于简单数字信号处理缺点是：只用于简单数字信号处理。3 3）用通用的）用通用的可编程可编程DSPDSP芯片芯片实现。实现。 DSPDSP芯片有更适合于数字信号处理的软件和硬件芯片有更适合于数字信号处理的软件和硬件资源，非常适合于通用数字信号处理的开发，为数资源，非常适合于通用数字信号处理的开发，为数字信号处理的应用打开了新局面。字信

7、号处理的应用打开了新局面。纯软件方法；纯硬件方法；软硬件结合方法纯软件方法；纯硬件方法；软硬件结合方法DSP技术概述4 4） 用于用于极高速极高速信号处理的信号处理的专用专用DSPDSP芯片芯片。 缺点：灵活性差，开发工具不完善。缺点：灵活性差，开发工具不完善。5 5） 用用FPGAFPGA等产品等产品实现数字信号处理算法。实现数字信号处理算法。 缺点：专用性太强，而且这种方法的研发工缺点：专用性太强，而且这种方法的研发工 作也主要不是由一般的用户来完成的。作也主要不是由一般的用户来完成的。DSP技术概述（1）多数算法为乘法累加运算（）多数算法为乘法累加运算（MAC）6 6、数字信号处理算法的

8、特点数字信号处理算法的特点DSP技术概述n音频数据：数据音频数据：数据16bit，采样率，采样率44kHz， 数据率为数据率为704Kbpsn普通电视视频数据：普通电视视频数据：n 720*576*25*3*8=237Mbpsn高清视频：高清视频： 1920*1080*60*3*8=2847Mbps（2 2）输入输出数据量大）输入输出数据量大DSP技术概述 必须在一个抽样周期内完成全部处理任务。必须在一个抽样周期内完成全部处理任务。n硬实时系统：有危险硬实时系统：有危险n软实时系统：无危险软实时系统：无危险（3）实时性要求高DSP技术概述实时性如何提高实时性如何提高?n 提高处理速度提高处理速

9、度单单CPU的的处理能力：主频，多处理单元处理能力：主频，多处理单元多核多核CPU处理：处理：计算机体系结构计算机体系结构多多CPU并行处理：并行处理：计算机网络计算机网络n 提高数据传输速度：提高数据传输速度：ADC, DAC, CPU间高速间高速IO技术技术n实时任务调度：实时任务调度：实时操作系统实时操作系统(RTOS): 处理时间可预测，各任处理时间可预测，各任务尽量满足时限务尽量满足时限n新的算法、优化算法、快速算法新的算法、优化算法、快速算法nDSPs的特点的特点面向实时系统应用面向实时系统应用DSP技术概述7 7、 DSPDSP芯片的运算速度表示方法芯片的运算速度表示方法v MA

10、C MAC时间时间：一次乘加的时间。：一次乘加的时间。（多数为单周期）（多数为单周期）v 峰值运算速度：峰值运算速度：一秒钟最多能执行的指令条数一秒钟最多能执行的指令条数 MIPS：每秒执行：每秒执行百万百万条指令。条指令。 600M主频主频 DM642，峰值，峰值4800MIPs，即，即48亿亿/秒秒 MOPS：每秒执行百万次操作。：每秒执行百万次操作。 MFLOPS：每秒执行百万次浮点操作。：每秒执行百万次浮点操作。 BOPS：每秒执行十亿次操作。：每秒执行十亿次操作。v FFTFFT执行时间执行时间： 运行一个运行一个N点点FFT程序所需时间。程序所需时间。FFT运算在数字信号处运算在数

11、字信号处理中很有代表性。理中很有代表性。 C6416 ：1024 点点FFT， 10.003usDSP技术概述二、二、DSPDSP的硬件结构与软件特点的硬件结构与软件特点1 1、DSP DSP 硬件结构硬件结构 总线结构总线结构 存储器配置存储器配置 CPUCPU结构结构 片上外设片上外设 DSP技术概述TMS320C542功能框图功能框图DSP技术概述TMS320C6201功能框图功能框图DSP技术概述TMS320C6678 :8核定点、浮点核定点、浮点DSPn1GHz1.25GHz u320 GMAC/160 GFLOP 1.25GHz u32KB L1P, 32KB L1D, 512KB

12、 L2 Per Core u4MB Shared L2 nMulticore NavigatornNetwork Coprocessors- Packet Accelerator, Security Accelerator nSRIO 2.1 - 5 Gbaud nPCIe Gen2 nEthernet MAC 100/1000 MbpsDSP技术概述38所所DSP：BWDSP100 功能框图功能框图p 4 4个处理器核个处理器核p SIMD(SIMD(核间核间)+MIMD()+MIMD(核内核内)+)+哈佛结哈佛结构构p 三组独立存储单元三组独立存储单元(3(3* *8Mbit)8Mbit)

13、p 同时执行指令数同时执行指令数:16:16条条p 程序流水程序流水:11:11级级p 总线字宽：总线字宽：3 3条条256bit256bitp 外部存储器：配备外部存储器：配备DDRIIDDRIIp 器件间连接器件间连接: :高速链路口高速链路口+ +并行总并行总线线p 丰富的外部接口丰富的外部接口DSP技术概述1960年: 第一块可以实际使用的单片集成电路诞生（2000年获得诺贝尔物理学奖 ）Kilby Robert Noyce 创办：仙童，Intel DSP技术概述 DSP 总线结构总线结构C P U存储器存储器ABDB 冯冯 诺依曼结构：诺依曼结构： 数据、代码在同一存储器内数据、代码

14、在同一存储器内 DSP技术概述 哈佛结构哈佛结构 ： 数据、代码分开存储数据、代码分开存储程程序序存存储储器器CPU数数据据存存储储器器PABDABPBDBDSP技术概述 改进的哈佛结构改进的哈佛结构 数据空间与代码空间可直接交换数据数据空间与代码空间可直接交换数据C P U程序存储器程序存储器数据存储器数据存储器DBPBPABDABDSP技术概述 存储器配置存储器配置 按使用功能按使用功能 程序空间程序空间 数据空间数据空间存储器分类存储器分类 按访问形式按访问形式 ROM RAM SARAM DARAM DSP片上存储器片上存储器DSP技术概述 RAM工作方式工作方式 用作用作高速缓存（地

15、址未知）高速缓存（地址未知） 针对程序或数据量大的应用针对程序或数据量大的应用 用作固定地址映射的存储器用作固定地址映射的存储器 针对消耗存储资源相对小的应用针对消耗存储资源相对小的应用 外部扩展存储器外部扩展存储器 解决片内存储器资源不足解决片内存储器资源不足 明显影响明显影响DSPDSP的性能的性能 外部存储器的速度相对较慢外部存储器的速度相对较慢 一般需要插入额外的等待时钟一般需要插入额外的等待时钟 外部总线一般只有一套（外部总线一般只有一套（C6000,2C6000,2套）套） 程序取指和数据读写只能分时进行程序取指和数据读写只能分时进行 DSP技术概述DSP芯片版图芯片版图DSP技术

16、概述 CPU结构结构 算术逻辑单元算术逻辑单元(ALU) (ALU) 实现二进制补码运算和布尔实现二进制补码运算和布尔(Boolean)(Boolean)运算运算 累加器累加器 存储存储ALUALU和乘加模块的输出和乘加模块的输出 ALUALU的输入的输入 乘加模块的输入乘加模块的输入 桶形移位器桶形移位器 实现输入数据的移位实现输入数据的移位 DSP技术概述 乘法器乘法器 比较选择存储单元（比较选择存储单元（CSSUCSSU） 完成数据的比较及测试功能完成数据的比较及测试功能 程序地址产生单元程序地址产生单元 加法器加法器 数据地址产生单元数据地址产生单元 特殊硬件模块特殊硬件模块DSP技术

17、概述 指令流水线指令流水线 指令周期指令周期第第1 1条指令条指令1第第2 2条指令条指令第第3 3条指令条指令第第4 4条指令条指令取指取指译码译码取数取数执行执行取指取指译码译码取数取数执行执行取指取指译码译码取数取数执行执行取指取指译码译码取数取数执行执行234567DSP技术概述 DSP 片上外设片上外设 主机接口主机接口 串行口串行口 DMA 中断逻辑中断逻辑 定时器，时钟逻辑定时器，时钟逻辑 DSP技术概述2 2、DSPDSP软件特征软件特征 处理器指令分类处理器指令分类v 复杂指令集（复杂指令集（CISCCISC） v 精简指令集（精简指令集（RISCRISC） 复杂指令集特点（

18、复杂指令集特点（CISCCISC） v 简化编程简化编程v 一条指令可以在处理器内部执行一系列操作一条指令可以在处理器内部执行一系列操作 v 有效利用存储空间有效利用存储空间 DSP技术概述 复杂指令集优点复杂指令集优点v 比硬件实现控制单元经济比硬件实现控制单元经济 v 程序编写易于实现程序编写易于实现v 易于向下兼容易于向下兼容 v 简化任务程序简化任务程序v 简化编译器简化编译器 复杂指令集缺点复杂指令集缺点v 不同指令需要不同的执行时间，有可能会降低不同指令需要不同的执行时间，有可能会降低 系统的整体性能系统的整体性能 v 为保证指令向下兼容，指令集和芯片硬件复杂为保证指令向下兼容，指

19、令集和芯片硬件复杂 v 部分指令利用率低部分指令利用率低v 条件码作为指令的副产物，耗费时间条件码作为指令的副产物，耗费时间DSP技术概述 精简指令集特点（精简指令集特点（RISCRISC）v 指令长度相同，取指可以一次操作完成指令长度相同，取指可以一次操作完成 v 指令集简单指令集简单v 单周期指令，便于流水操作单周期指令，便于流水操作 v 大量使用寄存器大量使用寄存器 精简指令集优点精简指令集优点v 硬件更简单，从而可增加芯片的集成度硬件更简单，从而可增加芯片的集成度v 速度更快。在相同的半导体技术和时钟速率下，采速度更快。在相同的半导体技术和时钟速率下，采 用简化指令集可使流水工作的、超

20、标量体系结构设用简化指令集可使流水工作的、超标量体系结构设 计的计的RISCRISC性能达到性能达到CISCCISC的的2-42-4倍。倍。v 指令周期更短指令周期更短DSP技术概述 DSP DSP指令：指令：综合了综合了CISCCISC和和RISCRISC的优点的优点v 大多数大多数DSPDSP指令是复合指令指令是复合指令v 一般具有多种灵活的寻址方式一般具有多种灵活的寻址方式v 指令长度和指令执行时间可以不一样指令长度和指令执行时间可以不一样v 采用流水操作，指令多为单周期指令采用流水操作，指令多为单周期指令v 片内存储器一般为固定地址映射的存储器，指片内存储器一般为固定地址映射的存储器，

21、指 令的操作时间可以严格预测令的操作时间可以严格预测v 复合指令形式便于编制出高效率的汇编程序复合指令形式便于编制出高效率的汇编程序v 程序的可读性差程序的可读性差v 指令依赖硬件结构，可移植性较差指令依赖硬件结构，可移植性较差v DSPDSP软件设计一般采用任务驱动的思路软件设计一般采用任务驱动的思路v 逐渐引入高级语言编程规范和软件工程概念逐渐引入高级语言编程规范和软件工程概念 指令集多采用助记符指令形式或算术指令形式指令集多采用助记符指令形式或算术指令形式 为防止和减少流水线冲突，需对指令进行重排为防止和减少流水线冲突，需对指令进行重排DSP技术概述nDSP芯片分类芯片分类nDSP芯片厂

22、家芯片厂家nDSP技术发展技术发展三、三、DSPDSP芯片分类和发展芯片分类和发展DSP技术概述1 1、DSPDSP芯片的分类芯片的分类1 1）定点）定点DSPDSP、浮点、浮点DSPDSP定点定点DSP：TMS320C5x,C62x，C64x浮点浮点DSP：TMS320C3x,C4x，C67x2 2）通用）通用DSPDSP、专用、专用DSPDSP通用通用DSP：可编程，可实现多种功能：可编程，可实现多种功能专用专用DSP：不可编程，单一功能，如：不可编程，单一功能，如FFT芯片芯片3 3）单核）单核DSPDSP、多核、多核DSPDSP单核单核DSPDSP：一个：一个DSPDSP核，早期核，早

23、期DSPDSP都为单核都为单核DSPDSP多核多核DSPDSP：多个相同的：多个相同的DSPDSP核；核；ARMARM核加核加DSPDSP核核DSP技术概述nTexas Instruments （德州仪器）公司（德州仪器）公司nAgere,从从Lucent Technologies（朗讯（朗讯技术）分出技术）分出nAnalog Devies（模拟设备）公司（模拟设备）公司nMotorola（摩托罗拉）公司（摩托罗拉）公司n大约还有大约还有80家家DSPs产商产商 n国内：国内：38所所2 2、DSPDSP芯片主要厂家芯片主要厂家DSP技术概述世界世界DSPsDSPs的格局的格局DSP技术概述3

24、 3、DSPDSP芯片的发展芯片的发展 19781978年，年，AMIAMI公司生产的公司生产的S2811S2811； 19791979年，美国年，美国IntelIntel公司的商用可编程器件公司的商用可编程器件 29202920； 这两种是这两种是DSPDSP芯片的一个主要里程碑。芯片的一个主要里程碑。 特点：没有现代特点：没有现代DSPDSP芯片所必须有的单周芯片所必须有的单周 期乘法器。期乘法器。 19801980年，日本年，日本NECNEC公司推出公司推出PD7720PD7720。 特点：第一片具有乘法器的商用特点：第一片具有乘法器的商用DSPDSP芯片。芯片。DSP技术概述 1982

25、 1982年，美国德州仪器公司年，美国德州仪器公司 （Texas InstrumentsTexas InstrumentsTITI） 推出第一代推出第一代DSP TMS320010DSP TMS320010及其系列产及其系列产 品。品。 TITI公司的系列公司的系列DSPDSP产品已经成为了当今产品已经成为了当今 世界最有影响的世界最有影响的DSPDSP芯片，芯片，其其DSPDSP市场占市场占 有量占全世界份额的近有量占全世界份额的近50%50%，成为世界，成为世界 上上最大的最大的DSPDSP芯片供应商芯片供应商。DSP技术概述 19821982年，日本年，日本东芝东芝公司推出浮点公司推出浮

26、点DSPDSP芯片。芯片。 19841984年，年，AT&TAT&T公司推出公司推出DSP32DSP32，是较早的具，是较早的具备较高性能的浮点备较高性能的浮点DSPDSP芯片。芯片。 19861986年，年，MotorolaMotorola公司推出了定点公司推出了定点DSP DSP MC56001MC56001。19901990年，推出了与年，推出了与IEEEIEEE浮点格式兼浮点格式兼容的浮点容的浮点DSPDSP芯片芯片MC96002MC96002。 美国模拟器件公司（美国模拟器件公司（Analog DevicesAnalog DevicesADAD）相继推出了定点相继推出

27、了定点DSPDSP芯片芯片ADSP21xxADSP21xx系列，浮点系列，浮点DSPDSP芯片芯片ADSP210 xxADSP210 xx系列。系列。DSP技术概述2020多年来，多年来，DSPDSP芯片得到了迅猛发展，芯片得到了迅猛发展，主要体现在以下方面：主要体现在以下方面：1 1）生产工艺上）生产工艺上 采用采用CMOSCMOS制造工艺技术和砷化镓集成电路制造制造工艺技术和砷化镓集成电路制造技术，使集成度更高，功耗更低，从而使技术，使集成度更高，功耗更低，从而使高频、高频、高速的高速的DSPDSP处理器处理器得到更大的发展。得到更大的发展。(35nm)(35nm)2 2）基本结构上）基本

28、结构上 以以RISCRISC结构、单片并行计算机结构为主导结构、单片并行计算机结构为主导, , 多多单元并行的主要体系结构。设计、测试简单，易单元并行的主要体系结构。设计、测试简单，易模块化，易于实现流水线操作和多处理器结构。模块化，易于实现流水线操作和多处理器结构。RISC： Reduced Instruction Set Computer 精简指令集计算机精简指令集计算机CISC：Complex Instruction Set Computer 复杂指令系统计算机复杂指令系统计算机DSP技术概述3 3）模拟）模拟/ /数字混合数字混合 集集滤波、滤波、A/DA/D、D/AD/A及及DSPD

29、SP处理处理于一体，将成为于一体，将成为DSPDSP发展的主要方向，是发展的主要方向，是DSPDSP厂商的主要增长点。厂商的主要增长点。4 4）DSPDSP技术与技术与ASICASIC技术融合及多核技术融合及多核DSPDSP 在在DSPDSP芯片中嵌入芯片中嵌入ASICASIC模块，进一步模块，进一步扩大扩大DSPDSP逻逻辑控制功能辑控制功能。5 5）代码兼容性）代码兼容性 将推出更新的、更强大的将推出更新的、更强大的优化优化C C编译器编译器来适应来适应不同型号的不同型号的DSPDSP代码生成，各种代码生成，各种DSPDSP的开发、加速、的开发、加速、并行处理插件板也将大量涌现。并行处理插

30、件板也将大量涌现。6 6）浮点预算与定点运算兼容）浮点预算与定点运算兼容 ：C6678C6678ASIC: Application-Specific Integrated Circuit 专用集成电路专用集成电路 DSP技术概述1 1）TMS320C2000TMS320C2000系列系列，DSPDSP控制器。集成了控制器。集成了flashflash存储器、高速存储器、高速A/DA/D转换器以及可靠的转换器以及可靠的CANCAN模块及数字模块及数字马达控制的外围模块，适用于三相电机、变频器、马达控制的外围模块，适用于三相电机、变频器、逆变电源等领域的需要。逆变电源等领域的需要。C2407C240

31、7，C2812C2812，ARM+DSPARM+DSP等等, ,主频主频40-300MHz40-300MHz2 2）TMS320C5000TMS320C5000系列系列，1616位定点位定点DSPDSP。主要用于主要用于通信领域，如通信领域，如IPIP电话机和电话机和IPIP电话网关、数字式助听电话网关、数字式助听器、便携式声音器、便携式声音/ /数据数据/ /视频产品、调制解调器、手视频产品、调制解调器、手机和移动电话基站、语音服务器、数字无线电、小机和移动电话基站、语音服务器、数字无线电、小型办公室和家庭办公室的语音和数据系统。型办公室和家庭办公室的语音和数据系统。芯片芯片:C54x:C5

32、4x，C55xC55x系列，主频系列，主频80-300MHz80-300MHz4 4、 TITI公司的公司的DSPDSP芯片概况芯片概况DSP技术概述3）TMS320C6000系列系列 ，新的超长指令字结构芯片新的超长指令字结构芯片。 00年推出的年推出的C64x，在时钟频率为，在时钟频率为1.1GHz时，可达到时，可达到8800MIPS以上，以上，88亿条指令每秒；（亿条指令每秒；（C6416） 09年推出的年推出的TMS320C6472， 6核核DSP，峰值运算速度，峰值运算速度达到达到0.7*8*6=33.6G MIPS ； 11年推出的年推出的C6678有有8个个DSP核，运算速度达到

33、：核，运算速度达到： 320 GMAC/160 GFLOP 1.25GHz 。主要应用领域为：主要应用领域为：（1）数字通信）数字通信 完成完成FFT、信道和噪声估计、信道纠、信道和噪声估计、信道纠错、干扰估计和检测等。错、干扰估计和检测等。（2）图像处理）图像处理 完成图像压缩、图像传输、模式及光完成图像压缩、图像传输、模式及光学特性识别、加密学特性识别、加密/解密、图像增强等。解密、图像增强等。DSP技术概述Texas Instruments简史简史 n1930年，建立年，建立Geophysical Service公司，地震石油勘探；公司，地震石油勘探；n1941年，石油，为美国陆军和海军

34、提供电子设备；年，石油，为美国陆军和海军提供电子设备；n1951年，更名为年，更名为Texas Instruments，进军仪器领域。，进军仪器领域。n1952年，年，TI从从Western Electric Co.购买了专利许可来制造购买了专利许可来制造锗三极管。锗三极管。n1954年，贝尔实验室的年，贝尔实验室的M Tanenbaum et al.制造出了第一制造出了第一个可工作的硅三极管。同年，个可工作的硅三极管。同年，TI制造出第一台晶体管收音机制造出第一台晶体管收音机Regency TR-1。 n1958年，员工年，员工Jack Kilby发明了集成电路发明了集成电路 n1967年，

35、年，TI发明了手持计算器发明了手持计算器 n1971年，年，TI发明了单片微型计算机发明了单片微型计算机 DSP技术概述抗混叠抗混叠滤波器滤波器DSPDSPD/AD/A转换器转换器重建重建滤波器滤波器A/DA/D转换器转换器数字数字I/OI/O存储器存储器通信、通信、人机人机接口接口DSPDSP系统系统译码译码与时与时序、序、逻辑逻辑控制控制总总 线线模拟输入模拟输入模拟输出模拟输出典型数字信号处理系统典型数字信号处理系统四、四、DSP系统的设计与开发系统的设计与开发DSP技术概述5片片DSP并行处理板并行处理板DSP技术概述1 1、总体方案设计、总体方案设计DSPDSP应用应用定义系统性能指

36、标定义系统性能指标选择选择DSPDSP芯片芯片软件编程软件编程硬件设计硬件设计软件调试软件调试硬件调试硬件调试系统集成系统集成系统调试系统调试DSP技术概述技术指标的确定技术指标的确定 系统采样系统采样频率频率 信号频率信号频率 最复杂的算法最复杂的算法所需最大时间所需最大时间 对实时程对实时程 度的要求度的要求 片内、外片内、外RAMRAM的容量的容量 数据量及数据量及程序的长短程序的长短1616、3232位位定点、浮点运算定点、浮点运算 系统所要求的精度系统所要求的精度输入输出输入输出端口要求端口要求计算、控制计算、控制选定选定DSPDSP芯芯片型号片型号 DSP技术概述 成本成本 供货能

37、力供货能力 技术支持技术支持 开发系统开发系统 体积体积 功耗功耗 工作环境温度工作环境温度其它因素其它因素DSP技术概述总体设计总体设计 算法仿真算法仿真高级语言高级语言MatlabMatlab最佳算法最佳算法初步参数初步参数系统初步分工系统初步分工软软 件件硬硬 件件DSP技术概述2 2、软件设计阶段、软件设计阶段 源程序源程序汇编器汇编汇编器汇编目标目标文件文件链接器连接链接器连接 调试器调试调试器调试代码转换代码转换C C语言语言汇编语言汇编语言混合语言混合语言代码写入代码写入EEPROMEEPROM可执行文件可执行文件软件仿真软件仿真反反复复 DSP技术概述3 3、硬件设计阶段、硬件

38、设计阶段 确定最优硬件实现方案确定最优硬件实现方案画出硬件系统框图画出硬件系统框图性能指标性能指标工期工期成本等成本等硬件实现方案硬件实现方案器件的选型器件的选型DSPDSP芯片、芯片、A/DA/DD/AD/A、内存、电源、内存、电源、逻辑控制、通信、逻辑控制、通信、人机接口、总线人机接口、总线等等DSP技术概述DSPDSP芯片芯片 根据是用于控制还是计算目根据是用于控制还是计算目的，选择：的，选择：不同的厂商不同的厂商不同系列不同系列不同工作频率不同工作频率不同工作电压不同工作电压不同工作温度不同工作温度采用定点或浮点型芯片采用定点或浮点型芯片 器件的选型原则器件的选型原则(1)(1)DSP

39、技术概述A/DA/D变换变换 根据采样频率、精度：根据采样频率、精度：确定确定A/DA/D型号型号是否要求片上自带采样保持器是否要求片上自带采样保持器多路器多路器基准电源等。基准电源等。 D/AD/A变换变换根据信号频率、精度：根据信号频率、精度： 是否要求基准电源是否要求基准电源多路器多路器输出运放等。输出运放等。 器件的选型原则器件的选型原则(2)(2)DSP技术概述存储器存储器RAMRAM、EPROMEPROM、EEPROMEEPROM、Flash MemoryFlash Memory， 主要考虑：主要考虑：工作频率工作频率内存容量位长（内存容量位长（8 8位位/16/16位位/32/3

40、2位）位）接口方式（串行接口方式（串行/ /并行）、并行）、工作电压（工作电压（5V/3.3V5V/3.3V或其他）。或其他）。器件的选型原则器件的选型原则(3)(3)DSP技术概述逻辑控制逻辑控制先确定所用器件先确定所用器件: : 如如CPLDCPLD、EPLDEPLD或或FPGAFPGA；再根据自己的特长和公司芯片的再根据自己的特长和公司芯片的特点决定采用哪家公司的哪一系列特点决定采用哪家公司的哪一系列产品；产品；最后根据最后根据DSPDSP芯片的频率决定芯片芯片的频率决定芯片的工作频率，并以此来确定使用的的工作频率，并以此来确定使用的芯片。芯片。 器件的选型原则器件的选型原则(4)(4)

41、DSP技术概述通信接口通信接口根据与其他系统通信的速率根据与其他系统通信的速率决定采用的通信方式：决定采用的通信方式：串口、并口、总线串口、并口、总线器件的选型原则器件的选型原则(5)(5)总线选择总线选择根据使用场合、数据传输速根据使用场合、数据传输速率的高低（总线宽度、频率高率的高低（总线宽度、频率高低、同步方式等）选择：低、同步方式等）选择：PCIPCIISAISA其他其他DSP技术概述人机接口人机接口可以通过单片机构成通信，可以通过单片机构成通信，也可在也可在DSPDSP的基础上直接构成。的基础上直接构成。 键盘键盘 显示器等显示器等 电源选取电源选取主要考虑电压的高低和电压主要考虑电

42、压的高低和电压的大小。的大小。电压高低要匹配电压高低要匹配电流容量要足够电流容量要足够器件的选型原则器件的选型原则(6)(6)DSP技术概述必须清楚了解器件的使用和系统的开发，必须清楚了解器件的使用和系统的开发，对于关键环节要做仿真。对于关键环节要做仿真。 原理图设计原理图设计 PCBPCB板设计板设计 要求要求DSPDSP系统设计人员既要熟悉系统工作系统设计人员既要熟悉系统工作原理，又要清楚布线工艺和系统结构设计。原理，又要清楚布线工艺和系统结构设计。 软、硬件调试软、硬件调试 借助仿真工具或开发工具进行软、硬件仿借助仿真工具或开发工具进行软、硬件仿真调试时，往往要反复多次调试。真调试时，往

43、往要反复多次调试。DSP技术概述4 4、系统集成、系统集成 1 1）系统集成系统集成是将软硬件结合起来，并组合成是将软硬件结合起来，并组合成样机样机， 在在实际系统实际系统中运行，进行中运行，进行系统测试系统测试。2 2）如果系统测试结果）如果系统测试结果符合设计指标符合设计指标，则，则样机设计样机设计 完毕完毕。3 3）由于在软硬件调试阶段调试的环境是模拟的）由于在软硬件调试阶段调试的环境是模拟的 ，因此在系统测试时往往会出现一些问题，应，因此在系统测试时往往会出现一些问题，应 找出原因，不断改进。找出原因，不断改进。DSP技术概述5 5、DSPDSP开发工具开发工具在在DSP系统的开发过程

44、中，如果没有开发工具系统的开发过程中，如果没有开发工具的支持，要想开发一个复杂的的支持，要想开发一个复杂的DSP系统几乎是不可系统几乎是不可能的。功能强大的开发工具，可使开发时间大大缩能的。功能强大的开发工具，可使开发时间大大缩短。短。1)1)软件仿真：软件仿真：CCS CCS 集成开发环境集成开发环境CCS2.2CCS2.2：各系列：各系列DSPDSP分开分开CCS3.3CCS3.3，CCS4.0CCS4.0，CCS5.1CCS5.1：TITI全系列全系列CCSCCS基本功能：基本功能：设计，代码生成，调试，分析设计，代码生成，调试，分析2)2)硬件仿真：硬件仿真：CCS+CCS+仿真器仿真

45、器+DSP+DSP板板仿真器：并口，仿真器：并口，USBUSB口，口，PCIPCI口（如口（如XDS560+XDS560+）DSPDSP板：板：DSKDSK，EVMEVM，目标板（自制），目标板（自制）DSP技术概述CCS集成环境的组成集成环境的组成DSP技术概述通信通信 72 计算机计算机 12 军品军品 4工业工业 3仪器仪器 2消消费类费类 2办公自动化办公自动化 2五、五、DSPDSP应用应用DSP技术概述1 1、DSPDSP芯片的主要应用领域芯片的主要应用领域 1 1）信号处理）信号处理 如数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、希如数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、希尔伯特变换、

46、小波变换、相关运算、谱分析、卷积、尔伯特变换、小波变换、相关运算、谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形产生等。模式匹配、加窗、波形产生等。2 2）通信）通信 如调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压如调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编缩、回波抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、可视电话、个人通信系统、移动通信、个人数字码、可视电话、个人通信系统、移动通信、个人数字助手（助手（PDAPDA）、）、X.25X.25分组交换开关等。分组交换开关等。DSP技术概述3 3）语音）语音 如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、说话人确认、语音邮件、语音