第一章DSP技术概述

1、 主讲：陈海兰集美大学理学院 一、什么是DSP？ DSP是Digital Signal Processing的缩写，也就是数字信号处理。 在具体了解DSP之前，首先我们来认识以下几个名词： 1.信息与信号 信息:从通信的角度考虑,可以认为是生物体通过感觉器官或者具有一定功能的机器特定装置同外界交换的内容的总称。（够专业够严肃够博大精深吧！） 比如孩子的哭声、烽火台等。 信号：信号是信息的表现形式。通信信道上传输的电编码、电磁码或光编码叫做信号，信号可以是模拟信号或数字信号）。 模拟信号：如一天的天气变化。数字信号：如计算机的二进制信号。2.通信:通信是将信息从源头送到目的地。生活中与通信学类比

2、最好的例子就是道路交通。3.数字信号处理:只是通信中的一个环节。什么是什么是DSP？（1）经典的数字信号处理方法： 时域：信号滤波FIR、IIR 频域：频谱分析FFT数字信号处理的特点： 高速实时数字信号处理器(DSPs)： 结构上进行优化，更适宜完成乘加累积运算 主频足够快，能实时完成各种数字信号处理什么是什么是DSP？（2） 数字信号处理的实现方法有如下几种：1）在通用的微型计算机（PC机）上用软件（如C、Fortran语言)实现。2）用单片机（如MCS-51、96系列等）实现，这种方法只能用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等。3）利用通用的可编程DSP芯片实现。4）用专用的DSP

3、芯片实现。5）在通用的计算机系统中加上加速卡实现。6）用FPGA等可编程阵列产品开发ASIC芯片实现数字信号处理算法。 什么是什么是DSPDSP？（3）DSP与单片机结构比较多总线：片内多条数据、地址、控制总线流水线：多个控制、运算部件并行工作硬件乘法器：特殊指令：MAC、RPTB特殊寻址方式：位倒序寻址、循环寻址特殊片上外设：EMIF、PLL、DMA控制器、PCI和HPI接口丰富片上存储器类型：RAM、ROM、FLASH丰富片上外设：Timer、串口（异步同步）、A/D等第一节 DSP芯片的优点和应用领域一、优点：1.哈佛结构：即独立的程序存储空间和独立的数据存储 空间； 独立的程序总线和独

4、立的数据总线。 (a)冯诺依曼结构 (b)哈佛结构2. 流水线技术：将指令的各个步骤重叠起来执行，缩短 了指令的平均执行时间。 四级流水线操作3. 特殊的DSP指令：如同时具有加、乘、数据移动的 MACD指令，专门针对FIR滤波器的FIRS指令和LMS算法 的LMS指令等。4. 指令周期短：随着集成电路工艺的发展，DSP广泛采 用亚微米CMOS制造工艺，运行速度越来越快。如 TMS320C54X运行速度可达100MIPS。而C64XX主频可达 1.1GHz。5. 专用的硬件乘法器：与一般计算机不同，DSP都有硬 件乘法器，使乘法运算可在一个指令周期内完成。6. 运算精度高：已从8位字长提高到1

5、6位、24位、32位 等。其中，浮点DSP可比定点DSP有更高的精度。7. 硬件配置强：DSP的接口越来越强，片内有McBSP、 HPI、DMA控制器、锁相环时钟产生器、定时器、通用 I/O、JTAG边界扫描逻辑电路等等。8. 良好的多机性：多DSP芯片的并行处理逐渐在应用 中暂露头角。9. 耗电省：低电压3.3V/2.5V/1.8V/0.9V。10.高度集成：芯片的集成度在数十到数百万门量级。二、主要应用领域：1.信号处理：如数字滤波、FFT、DCT、CORR、CONV、PatternMatch等。2.通信：自适应均衡、调制解调、数据压缩、编码、扩频通信、移动通信、软件无线电等。3.语音：语

6、音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音存储、语音邮件等。4.图形与图像：二维和三维图形处理、图像压缩、编码处理、机器人视觉、模式识别等。5.军事：保密通信、雷达处理、声纳处理、图像处理、射频调制、导航、导弹制导等。6.仪器仪表：频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理、数字滤波、模式匹配、暂态分析等。7. 自动控制：如引擎控制、声纳、自动驾驶、交通控制、机器人控制、激光打印机控制、电机控制等。8. 医疗：助听器、超声设备、诊断工具、病人监护、胎儿监控、修复手术等。9. 家用电器：如高保真音响、音调控制、玩具与游戏、数字电话与电视电话、数字收音机等。10. 汽车：防滑制动器、车载移动电话、发动机

7、控制、导航及全球定位、振动分析、声控、防撞雷达等。第二节 DSP芯片技术的发展1978年，第一个单片DSP芯片S2811 (AMI公司) 1979年，可编程DSP芯片2920 (Intel公司)1980年，第一个具有乘法器乘法器的商用DSP芯片uPD7720 (日本NEC公司) 1982年，TI公司第一代第一代DSP芯片TMS32010 1985年，TI公司第二代第二代DSP芯片TMS320201986年，TI公司CMOS版本的版本的TMS320C251989年，TI公司第三代第三代DSP芯片TMS32C301992年，TI公司第四代第四代DSP芯片TMS32C40 1996年，TI公司第五代

8、第五代DSP芯片TMS32C54x 1997年，TI公司第六代第六代DSP芯片TMS32C62x MAC周期(ns)减少，更快速 片内乘法器部件所占面积减少片内RAM数量增加一个数量级以上制造工艺从4umNMOS到亚umCMOS芯片引脚数增加，结构灵活性、扩展功能增加其发展使DSP系统的成本、体积、功耗下降年份 1982年 1992年 1999年 制造工艺 4m NMOS 0.8m CMOS 0.3m CMOS MIPS 5MIPS 40MIPS 100MIPS MHz 20MHz 80MHz 100MHz 内部RAM 144字 1K字 32K字 内部ROM 1.5K字 4K字 16K字 价格

9、 $150.00 15.00 $5.00$25.00 功耗 250mW/MIPS 12.5mW/MIPS 0.45mW/MIPS 集成晶管数 50K 500K TI DSP 芯片发展比较表（典型值） 公司 DSP芯片 推出时间（年） MAC周期（ns） 定点位数 浮点位数 AMI S2811 1978 300 12/16 NEC PD7720 PD77230 1980 1985 250 150 16/32 32 TI TMS32010 TMS32020 TMS320C25 TMS320C30 TMS320C40 TMS320C50 TMS320C203 TMS320LC549 TMS320C6

10、2X 1982 1987 1989 1989 1992 1990 1996 1996 1997 390 200 100 60 40 35 12.5 10 5 16/32 16/32 16/32 24/32 32 16/32 16/32 16/32 16/32 32/40 40 motorola MC56001 MC96002 MC56002 1986 1990 1991 75 50 50 24 32/64 24/48 32/44 AT&T DSP32C DSP16A DSP3210 1988 1988 1992 80 25 60 16或24 16/36 24 32/40 32/40 A

11、D ADSP2101 ADSP21020 1990 1991 60 40 16 32 32/40 世界上 单片可编程DSP芯片供应商的芯片数据 TMS320 DSP 系列产品系列产品1.DSP的内核进一步改善多通道结构、SIMD(单指令多重数据)、VLIM(特大指令字组)2.DSP和微处理器的融合3.DSP和高档CPU的融合4.DSP和SOC的融合5.DSP和FPGA的融合6.实时操作系统RTOS和DSP的融合 今后的发展趋势今后的发展趋势：DSP的发展面临的挑战：CPU速度的快速增长和价格的持续下降使DSP制造商面临选择，要么加快DSP的发展，要么退出竞争。主要的DSP制造商都选择第一条路线。第三节 DSP系统设计抗混叠滤波A/D变换D/A变换平滑滤波DSP芯片输入输出一个典型DSP系统（注：实际的不一定包括如图所有的部件。）DSP应用需求定义系统性能指标选择DSP芯片软件编程软件调试硬件编程硬件调试系统集成系统测试和调试Dsp应用系统设计的设计流程第四节 知识储备和学习框架1.DSP硬件结构(了解)2.DSP指令系统(熟悉)3.DSP软件开发(掌握) 具有数字信号处理的理论知识 具有汇编/C语言编程的基础 使用DSP集成开发环境(CCS)参考教材：参考教材：1.DSP技术及应用 陈金鹰