DSP原理与应用论文

1、DSP原理与应用论文信息科学与工程学院电子信息工程姓名：学号：DSP的发展及应用一、DSP数字信号处理器的发展步入21世纪之后，社会进入数字化的时代，而数字信号处理器(digitalsignalprocessor)正是这场数字化革命的核心。从20世纪60年代数字信号处理理论的崛起，到20世纪80年代世界上第一个单片可编程DSP芯片产生以来，数字信号处理器的发展迅猛异常。数字信号处理是利用专用或通用数字信号处理芯片，通过数字计算的方法对信号进行处理。与模拟信号处理相比，数字信号处理具有精确，灵活，抗干扰能力强，可靠性好和易于大规模集成等特点。DSP系统以数字信号处理为基础，与模拟信号处理系统相比

2、，其优点：a.接口简单、方便。由于数字信号的电气特性简单，不同的DSP系统相互连接时，在硬件接口上容易实现；b.精度高，稳定性好。数字信号处理仅受量化误差和有限字长的影响，处理过程不引入其他噪声，因此有较高的信噪比。另外模拟系统的性能受元器件参数性能影响较大，而数字系统基本不变因此数字系统更便于测试、调试及批量生产；c.编程方便，容易实现复杂白算法。在DSP系统中，DSP芯片提供了一个高速计算平台，系统功能依赖于软件编程实现。当其与现代信号处理理论和计算数学相结合时，可以实现复杂的信号处理功能；d.集成方便。现代DSP芯片都是将DSP芯核及其外围电路综合集成在单一芯片上。这种结构便于设计便携式

3、高集成度的数字产品。现代DSP芯片作为可编程超大规模集成(VLSI)器件，通过可下载的软件或固件来实现数字信号处理功能。DSP芯片除具有普通微处理器的高速运算和控制功能外，还针对高数据传输速率数值运算密集的实时数字信号处理，在处理器结构，指令系统，和指令流程设计上做了较大改动。其结构特点有：1.DSP芯片普遍采用改进的哈佛结构，即数据总线和程序总线相互分离，这使得处理指令和数据可以同时进行，提高了处理效率；2DSP芯片大多采用流水线技术，即每条指令的执行划分为取指，译码，取数等若干步骤，由片内多个功能单元分别完成。这相当于多条指令并行执行，从而大大提高了运行速度。3.片内有多条总线可以同时进行

4、取指和取操作数动作，并且有辅助寄存器自动增减地址协助寻址。4.配有独立的乘法器、加法器和特殊指令，适用于需要大量乘累加器操作的矩阵运算，FFT,Viterbi译码和相关的专用信号处理运算。e.大多数DSP芯片一般都带有DMA控制器，外部存储器，外部存储器扩展接口，串行通信，配合片内多总线结构，可以实现大吞吐量数据传送。5.DSP芯片一般配有中断处理器、定时器，片内存储器和锁相环（PLL）等片内集成外设，可以方便的实现一个嵌入式自封闭控制的处理系统。6.省电管理和低功耗。适于便携式数字终端设备。二、DSP器件的分类DSP器件按设计要求可以分为两类。第一类，应用领域为廉价的、大规模嵌入式应用系统，

5、如手机、磁盘驱动（DSP用作伺服电机控制）以及便携式数字音频播放器等。在这些应用中价格和集成度是最重要的考虑因素。对于便携式电池供电的设备，功耗也是一个关键的因素。尽管这些应用常常需要开发运行于DSP的客户应用软件和外围支持硬件，但易于开发的要求仍然是次要的因素，因为批量生产可以分摊开发成本，从而降低单位产品的开发成本。另外一类是需要用复杂算法对大量数据进行处理的应用，例如声纳探测和地震探测等，也需要用DSP器件。该类设备的批量一般较小、算法要求苛刻、产品很大而且很复杂。所以设计工程师在选择处理器时会尽量选择性能最佳、易于开发并支持多处理器的DSP器件。有时，设计工程师更喜欢选用现成的开发板来

6、开发系统而不是从零开始硬件和软件设计，同时可以采用现成的功能库文件开发应用软件。三、DSP数字信号处理器的应用DSP芯片性价比的不断提高以及数字化产品、Internet和计算机的不断普及，使DSP的应用范围不断扩大。DSP的应用几乎遍及整个电子领域，其中3G（communication,comput2er,consumer）领域占整个市场需求的90%。常见的应用有：a.通用数字信号处理，包括数字滤波、FFT、自适应滤波、模式匹配等；b.通彳t,包括高速MODEM、自适应均衡器、传真、数字留言机、程控交换、数字基站、可视电话、FDMATDMAICDMA制式移动电话、卫星通信设备、保密通信设备、I

7、P电话数字广播和软件无线电等；c.家用计算机。包括高速大容量硬盘、语音识别与合成、计算机加速卡、扫描仪、阵列处理机和多媒体处理等；d.语音处理。包才语音编码，语音识别与合成，人声识别，矢量编码和语音信箱等；e.图像、视频处理。包括图像变换、图像处理、图像压缩等；f.军事用途。雷达探测、雷达成像、声纳信号处理、加密通信和电子对抗等；g.航空航天。包括虚拟训练设备、自动驾驶、GPS、故障记录和分析设备等；可以预见，随着DSP芯片性价比的提高和数字信号处理技术的不断发展，DSP芯片将会在更广阔的领域得到应用。DSP芯片可分为定点DSP芯片、浮点DSP芯片两大类。这是根据DSP芯片工作的数据格式来分类

8、的。数据以定点格式工作的DSP芯片称为定点DSP芯片，如TI公司的TMS320C2000系列,TMS320C5000系列,TMS320C6000系列等，数据以浮点格式工作的称为浮点DSP芯片，如TI公司的TMS320C3X4X,TMX320C6000系歹U口中的TMS320C67XX等。此外,按DSP芯片的用途来分，可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片。专用型DSP芯片已将算法固化在芯片中，完成特定功能。我们现在使用的芯片主要是TI公司的TMS320C5000系歹U和TMS320C6000系歹U,其中TMS320C5000系列目前包括TMS320C54x系列和TMS320C55X系列两大类

9、。这两类芯片软件完全兼容，所不同的是TMS320C55x具有更低的功耗和更高的性能。TMS320C54X系列是为实现低功耗，高性能而专门设计的定点DSP芯片，主要应用在无线通信等领域。四、CodeComposerStudio(CCS)的简介CodeComposerStudio简称CCS,是TI公司推出的为开发TMS320系列DSP软件的集成开发环境(IDE)。CCS工作在Windows操作系统下，类似于VC+的集成开发环境，采用图形接口界面，提供有编辑工具和工程管理工具。它将诸如汇编器、链接器、n+编译器、CC建库工具等集成在了一个统一的开发平台中。CCS所集成的代码调试工具具有各种调试功能，

10、包括了原TI公司提供的C源代码调试器和模拟器所具有的所有功能。能对TMS320系列DSP进行指令级的仿真和进行可视化的实时数据分析。此外，还提供了丰富的输入口出库函数和信号处理的库函数，极大的方便了TMS320系列DSP软件的开发过程。1、CCS集成开发环境，包括编辑器、工程管理工具、调试工具等；2、用CCS的软件开发流程CCSIDE支持的DSP软件开发的各个阶段如下：a.设计一总体设计；b.代码生成一创建工程、编写源代码、配置文件c.调试一语法检查、程序调试；d.分析一实时调试、统计分析、跟踪分析；3、CCS系统配置为了使用CCS,必须首先完成以下工作：a.按照具体使用的模拟器或仿真目标板的

11、产品说明，安装目标板和驱动软件；b.按CCS的产品说明安装CCS;c.创建CCS系统配置，为CCS配置结构文件；4、利用CCS入门指南在完成CCS安装和系统配置后，可运行CCS入门指南（CCSTutorial）。该指南可用来了解CCS的各种特色，包括新版本更新的内容。它还提供了许多基本过程的信息。因此，好好利用、认真学习其入门指南，是您快速深入掌握利用CCS开发DSP的最佳路径；5、CCS中的文件和变量在使用CCS之前，先CCS使用的文件夹、文件的CCS类型和CCS使用的环境变量作一些说明；五、DSP处理器存在四种发展趋势：1、系统级集成DSP是潮流缩小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向

12、。当前的DSP多数基于RISC（精简指令集计算）结构，这种结构的优点是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷采用新工艺，改进DSP芯核，并将几个DSP芯核、MPU芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路。TI公司的TMS320C80代表当今DSP领域中的最高水平，它在一块芯片上集成了4个DSP、1个RISC处理器、1个传输控制器、2个视频控制器。这样的芯片通常称之为MVP（多媒体视频处理器）。它可支持各种图像规格和各种算法，功能相当强。2、可编程DSP是主导产品可编程DSP给生产厂商提供了很大的灵活性。生产厂商可在同一个DSP平台上开发出各种不

13、同型号的系列产品，以满足不同用户的需求。同时，可编程DSP也为广大用户提供了易于升级的良好途径。人们已经发现，许多微控制器能做的事情，使用可编程DSP将做得更好更便宜。DSP来进行大功率电机控例如冰箱、洗衣机，这些原来装有微控制器的家电如今已换成可编程制。据统计，去年的可编程DSP销售额占了整个DSP市场的40%份额，预计今后的比重将逐年增大，到2001年可望占据整个DSP销售额的半边江山。3、追求更高的运算速度目前一般的DSP运算速度为100MIPS,即每秒钟可运算1亿条指令。但仍嫌不够快。由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP必须追求更高更快的运算速度，才能跟上电子设备的更新步伐。DSP运算速度的提高，主要依靠新工艺改进芯片结构。目前，TI的TM320C6X芯片由于采用VLIW（VeryLongInstructionWord超长指令字）结构设计，其处理速度已高达2000MIPS,计划今年年中批量生产，这是迄今为止的最高速度。当前DSP器件大都采用0.5科呼0.35科mCMO