DSP技術(shù)及應(yīng)用_成電陳金鷹_教授的講義

1、1DSPDSP技術(shù)技術(shù)及應(yīng)用及應(yīng)用通通 信信 工工 程程 系系igital ignal rocessor數(shù)字信號處理器數(shù)字信號處理器2主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一章第一章 DSP技術(shù)概述技術(shù)概述第二章第二章 DSP芯片結(jié)構(gòu)介紹芯片結(jié)構(gòu)介紹第三章第三章 DSP指令系統(tǒng)及特點指令系統(tǒng)及特點第四章第四章 DSP軟件開發(fā)過程軟件開發(fā)過程第五章第五章 匯編語言編程舉例匯編語言編程舉例3 4序論序論強調(diào)的是對以數(shù)字形式表現(xiàn)的信號進強調(diào)的是對以數(shù)字形式表現(xiàn)的信號進行處理和研究的方法。是一門涉及許多行處理和研究的方法。是一門涉及許多學(xué)科且廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。學(xué)科且廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。什么是什么是D

2、SPDSP？DSP包括兩層概念包括兩層概念:1.數(shù)字信號處理（數(shù)字信號處理（Digital Signal ProcessingDSP）5DSPDSP技術(shù)及應(yīng)用技術(shù)及應(yīng)用課程屬于這一層概念，課程屬于這一層概念，所涉及內(nèi)容為如何利用所涉及內(nèi)容為如何利用DSPDSP芯片進行數(shù)字信號芯片進行數(shù)字信號的處理。研究的內(nèi)容為的處理。研究的內(nèi)容為DSPDSP芯片的結(jié)構(gòu)和特點，芯片的結(jié)構(gòu)和特點，如何通過程序編寫，實現(xiàn)對數(shù)字信號的處理。如何通過程序編寫，實現(xiàn)對數(shù)字信號的處理。2.數(shù)字信號處理器（數(shù)字信號處理器（Digital Signal ProcessorDSP）強調(diào)的是通過專用集成電路芯片，利用強調(diào)的是通過專

3、用集成電路芯片，利用數(shù)字信號處理理論，在芯片上運行目標(biāo)數(shù)字信號處理理論，在芯片上運行目標(biāo)程序，實現(xiàn)對信號的某種處理。程序，實現(xiàn)對信號的某種處理。6數(shù)學(xué)工具：數(shù)學(xué)工具：微積分、復(fù)變函數(shù)、概率統(tǒng)計、隨機過微積分、復(fù)變函數(shù)、概率統(tǒng)計、隨機過程、數(shù)值分析、高等代數(shù)、線性代數(shù)、泛函程、數(shù)值分析、高等代數(shù)、線性代數(shù)、泛函數(shù)等。數(shù)等?；A(chǔ)理論：基礎(chǔ)理論：網(wǎng)絡(luò)理論、信號與系統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論網(wǎng)絡(luò)理論、信號與系統(tǒng)、現(xiàn)代控制理論（包括人工智能、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模（包括人工智能、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制）、現(xiàn)代通信理論、故障理論和現(xiàn)代糊控制）、現(xiàn)代通信理論、故障理論和現(xiàn)代測量等。測量等。數(shù)字信號處理的理論基礎(chǔ)

4、：數(shù)字信號處理的理論基礎(chǔ)：71.1.在通用的微型計算機（在通用的微型計算機（PCPC機）上用軟件機）上用軟件（如（如C C、FortranFortran語言）實現(xiàn)。語言）實現(xiàn)。 缺點是：速度慢缺點是：速度慢 2.2.用單片機（如用單片機（如MCS-51MCS-51、9696系列等）實現(xiàn)。系列等）實現(xiàn)。 缺點是：缺點是：只用于簡單數(shù)字信號處理。只用于簡單數(shù)字信號處理。3.3.用通用的可編程用通用的可編程DSPDSP芯片實現(xiàn)。芯片實現(xiàn)。DSPDSP芯片有更適合于數(shù)字信號處理的軟件和芯片有更適合于數(shù)字信號處理的軟件和硬件資源，硬件資源，非常適合于通用數(shù)字信號處理的開發(fā)，非常適合于通用數(shù)字信號處理的開

5、發(fā)，為數(shù)字信號處理的應(yīng)用打開了新局面。為數(shù)字信號處理的應(yīng)用打開了新局面。 數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法：數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法：84. 4. 用于極高速信號處理的專用用于極高速信號處理的專用DSPDSP芯片。芯片。 缺點：靈活性差，開發(fā)工具不完善。缺點：靈活性差，開發(fā)工具不完善。5. 5. 在通用的計算機系統(tǒng)中加上加速卡實在通用的計算機系統(tǒng)中加上加速卡實現(xiàn)?，F(xiàn)。 缺點：需缺點：需核心含核心含DSPDSP的用戶加速卡。的用戶加速卡。6 6. . 用用FPGAFPGA等產(chǎn)品實現(xiàn)數(shù)字信號處理算法。等產(chǎn)品實現(xiàn)數(shù)字信號處理算法。 缺點：缺點：專用性太強，而且這種方法的專用性太強，而且這種方法的研發(fā)工作也主要不

6、是由一般的用戶來完成的。研發(fā)工作也主要不是由一般的用戶來完成的。 9第一節(jié)第一節(jié) DSPDSP系統(tǒng)概述系統(tǒng)概述DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)模擬系統(tǒng)模擬系統(tǒng)數(shù)字信號數(shù)字信號模擬信號模擬信號實時處理實時處理模擬器件FPGA/CPLDDSP芯片強調(diào)控制強調(diào)控制運算過程運算過程10一、一、DSPDSP系統(tǒng)的特點系統(tǒng)的特點 1. 1. 精度高精度高難難1717位字長位字長模擬網(wǎng)絡(luò)元件模擬網(wǎng)絡(luò)元件（R R、L L、C C等）等）模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)DSPDSP、D/AD/A精度精度1010-3-3精度精度1010-3-3112.2.可靠性強可靠性強放大器放大器A放大器放大器B計算機計算機A計算

7、機計算機B只要誤差不超過只要誤差不超過0、1判決電平判決電平A、B結(jié)果結(jié)果可能不同可能不同A、B結(jié)果結(jié)果果相同果相同123.3.集成度高集成度高 表面貼裝表面貼裝ASICASIC芯片芯片DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)DSPDSPCPLDCPLDFPGAFPGA開發(fā)開發(fā)壓縮體積壓縮體積降低成本降低成本134. 4. 接口方便接口方便 以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是兼以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是兼容的，系統(tǒng)接口方便。容的，系統(tǒng)接口方便。5.5.靈活性好靈活性好 DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)DSPDSPCPLDCPLDFPGAFPGA可編程可編程可編程可編程可編程可編程改變軟件改變軟件不同的功能不同的功

8、能硬件更簡單硬件更簡單DSPDSP系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)周期大大縮短周期大大縮短146.6.保密性好保密性好 DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)DSPDSPCPLDCPLDFPGAFPGA保密保密性好性好保密保密性好性好保密保密性好性好隱蔽內(nèi)部總線地址變化隱蔽內(nèi)部總線地址變化做成做成ASICASIC保密保密性能性能幾乎幾乎無懈無懈可擊可擊157.7.時分復(fù)用時分復(fù)用 系統(tǒng)系統(tǒng)n n信道信道1 1信道信道2 2信道信道n n信號的采樣信號的采樣頻率與頻率與DSPDSP系統(tǒng)的運算系統(tǒng)的運算速度相比較速度相比較低的場合。低的場合。實時性要求不實時性要求不高的場合。高的場合。 應(yīng)應(yīng)用用場場合合系統(tǒng)系統(tǒng)2 2系統(tǒng)系統(tǒng)1 1

9、DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)16二、二、DSPDSP系統(tǒng)的設(shè)計思路系統(tǒng)的設(shè)計思路抗混疊濾波器A/DD/ADSP芯片平滑濾波器輸輸入入輸輸出出典型的典型的DSPDSP系統(tǒng)系統(tǒng)17DSPDSP系統(tǒng)設(shè)計前：系統(tǒng)設(shè)計前：明確設(shè)計任務(wù)明確設(shè)計任務(wù) 給出設(shè)計任務(wù)書給出設(shè)計任務(wù)書 功能描述準(zhǔn)確功能描述準(zhǔn)確 功能描述清楚功能描述清楚 描述的方式描述的方式 人工語言人工語言 流程圖流程圖 算法描述算法描述 將設(shè)計任務(wù)書轉(zhuǎn)化為量化的技術(shù)指標(biāo)。將設(shè)計任務(wù)書轉(zhuǎn)化為量化的技術(shù)指標(biāo)。 1.1.總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計 DSP應(yīng)用應(yīng)用定義系統(tǒng)性能指標(biāo)定義系統(tǒng)性能指標(biāo)選擇選擇DSP芯片芯片軟件編程軟件編程硬件設(shè)計硬件設(shè)計軟件調(diào)試軟件

10、調(diào)試硬件調(diào)試硬件調(diào)試系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試18技術(shù)指標(biāo)的確定技術(shù)指標(biāo)的確定 系統(tǒng)采樣系統(tǒng)采樣頻率頻率 信號信號頻率頻率 最復(fù)雜的算法最復(fù)雜的算法所需最大時間所需最大時間 對實時程對實時程度的要求度的要求 片內(nèi)、外片內(nèi)、外RAMRAM的容量的容量 數(shù)量及程序數(shù)量及程序的長短的長短1616、3232位位定點、浮點運算定點、浮點運算 系統(tǒng)所要求的精度系統(tǒng)所要求的精度輸入輸出輸入輸出端口要求端口要求計算、控制計算、控制選定選定DSPDSP芯片芯片型號型號 19成本成本供貨能力供貨能力技術(shù)支持技術(shù)支持開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)體積體積功耗功耗工作環(huán)境溫度工作環(huán)境溫度DSPDSPA/DA/DD/AD/AR

11、AMRAM性能指標(biāo)性能指標(biāo)其它因素的考慮其它因素的考慮20總體設(shè)計總體設(shè)計 算法算法仿真仿真高級語言高級語言MatlabMatlab最佳算法最佳算法初步參數(shù)初步參數(shù)系統(tǒng)初步分工系統(tǒng)初步分工軟件軟件硬件硬件212. 2. 軟件設(shè)計階段軟件設(shè)計階段 源程序源程序匯編器匯編匯編器匯編目標(biāo)文件目標(biāo)文件鏈接器連接鏈接器連接 調(diào)試器調(diào)試調(diào)試器調(diào)試代碼轉(zhuǎn)換代碼轉(zhuǎn)換C C語言語言匯編語言匯編語言混合語言混合語言代碼寫入代碼寫入EEPROMEEPROM可執(zhí)行文件可執(zhí)行文件軟件仿真軟件仿真反反復(fù)復(fù) 223. 3. 硬件設(shè)計階段硬件設(shè)計階段 確定最優(yōu)硬件實現(xiàn)方案確定最優(yōu)硬件實現(xiàn)方案畫出硬件系統(tǒng)框圖畫出硬件系統(tǒng)框圖性

12、能指標(biāo)性能指標(biāo)工期工期成本等成本等硬件實現(xiàn)方案硬件實現(xiàn)方案器件的選型器件的選型DSPDSP芯片、芯片、A/DA/DD/AD/A、內(nèi)存、電、內(nèi)存、電源、邏輯控制、源、邏輯控制、通信、人機接通信、人機接口、總線等口、總線等23DSPDSP芯片芯片 根據(jù)是用于控制還是計根據(jù)是用于控制還是計算目的，選擇：算目的，選擇：不同的廠商不同的廠商不同系列不同系列不同工作頻率不同工作頻率不同工作電壓不同工作電壓不同工作溫度不同工作溫度采用定點或浮點型芯片采用定點或浮點型芯片 器件的選型原則器件的選型原則24器件的選型原則器件的選型原則A/DA/D變換變換 D/AD/A變換變換根據(jù)采樣頻率、精度根據(jù)采樣頻率、精度

13、：確定確定A/DA/D型號型號是否要求片上自帶采樣是否要求片上自帶采樣保持器保持器多路器多路器基準(zhǔn)電源等?；鶞?zhǔn)電源等。 根據(jù)信號頻率、精度根據(jù)信號頻率、精度： 是否要求基準(zhǔn)電源是否要求基準(zhǔn)電源多路器多路器輸出運放等。輸出運放等。 25存儲器存儲器RAMRAM、EPROMEPROM（或（或EEPROMEEPROM、Flash MemoryFlash Memory），主要考慮：），主要考慮：工作頻率工作頻率內(nèi)存容量位長（內(nèi)存容量位長（8 8位位/16/16位位/32/32位）位）接口方式（串行接口方式（串行/ /并行）、并行）、工作電壓（工作電壓（5V/3.3V5V/3.3V或其他）?；蚱渌?。器

14、件的選型原則器件的選型原則26邏輯控制邏輯控制先確定所用器件，如先確定所用器件，如PLDPLD、EPLDEPLD或或FPGAFPGA；再根據(jù)自己的特長和公司芯片再根據(jù)自己的特長和公司芯片的特點決定采用哪家公司的哪一的特點決定采用哪家公司的哪一系列產(chǎn)品；系列產(chǎn)品；最后根據(jù)最后根據(jù)DSPDSP芯片的頻率決定芯片的頻率決定芯片的工作頻率，并以此來確定芯片的工作頻率，并以此來確定使用的芯片。使用的芯片。 器件的選型原則器件的選型原則27通信接口通信接口根據(jù)與其他根據(jù)與其他系統(tǒng)通信的速系統(tǒng)通信的速率決定采用的率決定采用的通信方式：通信方式：串口串口并口并口總線總線器件的選型原則器件的選型原則28總線選擇

15、總線選擇根據(jù)使用場合、數(shù)據(jù)根據(jù)使用場合、數(shù)據(jù)傳輸速率的高低（總線傳輸速率的高低（總線寬度、頻率高低、同步寬度、頻率高低、同步方式等）選擇：方式等）選擇：PCIPCIISAISA現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線器件的選型原則器件的選型原則29器件的選型原則器件的選型原則人機接口人機接口電源選取電源選取可以通過單片機構(gòu)成可以通過單片機構(gòu)成通信，也可在通信，也可在DSPDSP的基的基礎(chǔ)上直接構(gòu)成。礎(chǔ)上直接構(gòu)成。鍵盤鍵盤顯示器等顯示器等 主要考慮電壓的高低主要考慮電壓的高低和電壓的大小。和電壓的大小。電壓高低要匹配電壓高低要匹配電流容量要足夠電流容量要足夠30必須清楚了解器件的使用和系統(tǒng)的開發(fā)，必須清楚了解器件的使用

16、和系統(tǒng)的開發(fā)，對于關(guān)鍵環(huán)節(jié)要做仿真。對于關(guān)鍵環(huán)節(jié)要做仿真。 原理圖設(shè)計原理圖設(shè)計 PCBPCB板設(shè)計板設(shè)計 要求要求DSPDSP系統(tǒng)設(shè)計人員既要熟悉系統(tǒng)工作系統(tǒng)設(shè)計人員既要熟悉系統(tǒng)工作原理，又要清楚布線工藝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。原理，又要清楚布線工藝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計。 軟、軟、硬件調(diào)試硬件調(diào)試 借助仿真工具或開發(fā)工具進行軟、硬件仿借助仿真工具或開發(fā)工具進行軟、硬件仿真調(diào)試時，往往要反復(fù)多次調(diào)試。真調(diào)試時，往往要反復(fù)多次調(diào)試。314. 4. 系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成 系統(tǒng)集成：系統(tǒng)集成：是將軟硬件結(jié)合起來，并是將軟硬件結(jié)合起來，并組合成樣機，在實際系統(tǒng)中運行，進行組合成樣機，在實際系統(tǒng)中運行，進行系統(tǒng)測試。系統(tǒng)

17、測試。如果系統(tǒng)測試結(jié)果符合設(shè)計指標(biāo)，則如果系統(tǒng)測試結(jié)果符合設(shè)計指標(biāo)，則樣機設(shè)計完畢。樣機設(shè)計完畢。但由于在軟硬件調(diào)試階段調(diào)試的環(huán)境但由于在軟硬件調(diào)試階段調(diào)試的環(huán)境是模擬的，因此在系統(tǒng)測試時往往會出是模擬的，因此在系統(tǒng)測試時往往會出現(xiàn)一些問題，應(yīng)找出原因，不斷改進。現(xiàn)一些問題，應(yīng)找出原因，不斷改進。 32第二節(jié)第二節(jié) DSPDSP芯片技術(shù)的發(fā)展芯片技術(shù)的發(fā)展19781978年，年，AMIAMI公司公司生產(chǎn)的生產(chǎn)的S2811S2811；19791979年美國年美國IntelIntel公司公司的商用可編程器件的商用可編程器件29202920；這兩種是這兩種是DSPDSP芯片的一個主要里程碑。芯片的一

18、個主要里程碑。特點：沒有現(xiàn)代特點：沒有現(xiàn)代DSPDSP芯片所必須有的單周期乘芯片所必須有的單周期乘法器。法器。19801980年，日本年，日本NECNEC公司公司推出推出PD7720PD7720。特點：是第一片具有乘法器的商用特點：是第一片具有乘法器的商用DSPDSP芯片。芯片。3319821982年，美國年，美國德州儀器公司德州儀器公司（Texas Texas InstrumentsInstrumentsTITI）推出第一代）推出第一代DSP DSP TMS320010TMS320010及其系列產(chǎn)品，目前已發(fā)展到及其系列產(chǎn)品，目前已發(fā)展到第六代。第六代。TITI公司的系列公司的系列DSPDS

19、P產(chǎn)品已經(jīng)成為了當(dāng)今產(chǎn)品已經(jīng)成為了當(dāng)今世界最有影響的世界最有影響的DSPDSP芯片，其芯片，其DSPDSP市場占有市場占有量占全世界份額的近量占全世界份額的近50%50%，成為世界上最，成為世界上最大的大的DSPDSP芯片供應(yīng)商。芯片供應(yīng)商。3419821982年，年，日本東芝公司日本東芝公司推出浮點推出浮點DSPDSP芯片。芯片。 19841984年，年，AT&TAT&T公司公司推出推出DSP32DSP32，是較早的，是較早的具備較高性能的浮點具備較高性能的浮點DSPDSP芯片。芯片。19861986年，年，MotorolaMotorola公司公司推出了定點推出了定點DSP

20、DSP MC56001MC56001。19901990年，推出了與年，推出了與IEEEIEEE浮點格式浮點格式兼容的浮點兼容的浮點DSPDSP芯片芯片MC96002MC96002。美國美國模擬器件公司模擬器件公司（Analog DevicesAnalog DevicesADAD）相繼推出了定點相繼推出了定點DSPDSP芯片芯片ADSP21xxADSP21xx系列，浮系列，浮點點DSPDSP芯片芯片ADSP210 xxADSP210 xx系列。系列。352020多年來，多年來，DSPDSP芯片得到了迅猛芯片得到了迅猛發(fā)展，主要體現(xiàn)在如下方面：發(fā)展，主要體現(xiàn)在如下方面：1. 1. 在生產(chǎn)工藝上在生

21、產(chǎn)工藝上 采用采用1 1m m以下的以下的CMOSCMOS制造工藝技制造工藝技術(shù)和砷化鎵集成電路制造技術(shù)，使集成度更高，功術(shù)和砷化鎵集成電路制造技術(shù)，使集成度更高，功耗更低，從而使高頻、高速的耗更低，從而使高頻、高速的DSPDSP處理器得到更大處理器得到更大的發(fā)展。的發(fā)展。2.2.基本結(jié)構(gòu)上基本結(jié)構(gòu)上 以以RISCRISC結(jié)構(gòu)、單片并行計算機結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、單片并行計算機結(jié)構(gòu)為主導(dǎo)，脈沖陣列和數(shù)據(jù)流陣列也將成為并行處理為主導(dǎo)，脈沖陣列和數(shù)據(jù)流陣列也將成為并行處理器的主要體系結(jié)構(gòu)。設(shè)計、測試簡單，易模塊化，器的主要體系結(jié)構(gòu)。設(shè)計、測試簡單，易模塊化，易于實現(xiàn)流水線操作和多處理器結(jié)構(gòu)。易于實現(xiàn)流水線操作

22、和多處理器結(jié)構(gòu)。 363. 3. 模擬模擬/ /數(shù)字混合上數(shù)字混合上 集濾波、集濾波、A/DA/D、D/AD/A及及DSPDSP處理于一體，將成為處理于一體，將成為DSPDSP發(fā)展的主要方向，發(fā)展的主要方向，是是DSPDSP廠商的主要增長點。廠商的主要增長點。4. DSP4. DSP技術(shù)與技術(shù)與ASICASIC技術(shù)融合上技術(shù)融合上 在在DSPDSP芯片中芯片中嵌入嵌入ASICASIC模塊，進一步擴大模塊，進一步擴大DSPDSP邏輯控制功能。邏輯控制功能。5. 5. 代碼兼容性上代碼兼容性上 將推出更新的、更強大的將推出更新的、更強大的優(yōu)化優(yōu)化C C編譯器來適應(yīng)不同型號的編譯器來適應(yīng)不同型號的D

23、SPDSP代碼生成，代碼生成，各種各種DSPDSP的開發(fā)、加速、并行處理插件板也將的開發(fā)、加速、并行處理插件板也將大量涌現(xiàn)。大量涌現(xiàn)。37第三節(jié)第三節(jié) DSPDSP芯片的選擇芯片的選擇設(shè)計設(shè)計DSPDSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇應(yīng)用系統(tǒng)，選擇DSPDSP芯片是非常芯片是非常重要的一個環(huán)節(jié)。重要的一個環(huán)節(jié)。只有選定了只有選定了DSPDSP芯片才能進一步設(shè)計其外芯片才能進一步設(shè)計其外圍電路及系統(tǒng)的其它電路。圍電路及系統(tǒng)的其它電路。選擇原則：選擇原則：根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)需要、應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)需要、應(yīng)用場合、目的，用場合、目的，選擇滿足所需功能、成本低、選擇滿足所需功能、成本低、耗電小、使用方便、有技術(shù)支持、升

24、級方便耗電小、使用方便、有技術(shù)支持、升級方便的芯片。的芯片。381 1TITI公司的公司的DSPDSP芯片芯片 TITI公司常用的公司常用的DSPDSP芯片可以歸納為三大系列：芯片可以歸納為三大系列：（1 1）TMS320C2000TMS320C2000系列系列，稱為，稱為DSPDSP控制器，集成了控制器，集成了flashflash存儲器、高速存儲器、高速A/DA/D轉(zhuǎn)換器以及可靠的轉(zhuǎn)換器以及可靠的CANCAN模塊及數(shù)模塊及數(shù)字馬達控制的外圍模塊，適用于三相電動機、變頻器字馬達控制的外圍模塊，適用于三相電動機、變頻器等高速實時工控產(chǎn)品等需要數(shù)字化的控制領(lǐng)域。等高速實時工控產(chǎn)品等需要數(shù)字化的控制

25、領(lǐng)域。（2 2）TMS320C5000TMS320C5000系列系列，這是，這是1616位定點位定點DSPDSP。主要。主要用于通信領(lǐng)域，如用于通信領(lǐng)域，如IPIP電話機和電話機和IPIP電話網(wǎng)關(guān)、數(shù)字式助電話網(wǎng)關(guān)、數(shù)字式助聽器、便攜式聲音聽器、便攜式聲音/ /數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)/ /視頻產(chǎn)品、調(diào)制解調(diào)器、手視頻產(chǎn)品、調(diào)制解調(diào)器、手機和移動電話基站、語音服務(wù)器、數(shù)字無線電、小型機和移動電話基站、語音服務(wù)器、數(shù)字無線電、小型辦公室和家庭辦公室的語音和數(shù)據(jù)系統(tǒng)。辦公室和家庭辦公室的語音和數(shù)據(jù)系統(tǒng)。一、主要的一、主要的DSPDSP芯片種類芯片種類39（3 3）TMS320C6000TMS320C6000系列系

26、列DSPDSP 采用新的超采用新的超長指令字結(jié)構(gòu)設(shè)計芯片。其中長指令字結(jié)構(gòu)設(shè)計芯片。其中20002000年以后推年以后推出的出的C64xC64x，在時鐘頻率為，在時鐘頻率為1.1GHz1.1GHz時，可達到時，可達到8800MIPS8800MIPS以上，即每秒執(zhí)行以上，即每秒執(zhí)行9090億條指令。其億條指令。其主要應(yīng)用領(lǐng)域為：主要應(yīng)用領(lǐng)域為：1 1）數(shù)字通信）數(shù)字通信 完成完成FFTFFT、信道和噪聲估、信道和噪聲估計、信道糾錯、干擾估計和檢測等。計、信道糾錯、干擾估計和檢測等。2 2）圖像處理）圖像處理 完成圖像壓縮、圖像傳輸、完成圖像壓縮、圖像傳輸、模式及光學(xué)特性識別、加密模式及光學(xué)特性識

27、別、加密/ /解密、圖像增解密、圖像增強等。強等。402 2ADAD公司的公司的DSPDSP芯片芯片 特點：系統(tǒng)時鐘一般不經(jīng)分頻直接使用。特點：系統(tǒng)時鐘一般不經(jīng)分頻直接使用。定點定點DSPDSP芯片的程序字長為芯片的程序字長為2424位，數(shù)據(jù)字位，數(shù)據(jù)字長為長為1616位。位。一般具有一般具有2 2個串行口、個串行口、1 1個內(nèi)部定個內(nèi)部定時器和時器和3 3個以上的外部中斷源，此外還提供個以上的外部中斷源，此外還提供8 8位位EPROMEPROM程序引導(dǎo)方式。程序引導(dǎo)方式。浮點浮點DSPDSP芯片，程序存儲器為芯片，程序存儲器為4848位，數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)存儲器為存儲器為4040位，位，支持支持3

28、232位單精度和位單精度和4040位擴展位擴展精度的精度的IEEEIEEE浮點格式，內(nèi)部具有浮點格式，內(nèi)部具有32324848位的位的程序程序CacheCache，有，有3 3至至4 4個外部中斷源。個外部中斷源。41AD的的BLACKFIN ADSP-21535423 3AT&TAT&T公司的公司的DSPDSP芯片芯片 定點定點DSPDSP芯片芯片的程序和數(shù)據(jù)字長均為的程序和數(shù)據(jù)字長均為1616位，位，有有2 2個精度為個精度為3636位的累加器，具有位的累加器，具有1 1個深度為個深度為1515字的指令字的指令CacheCache，片內(nèi)具有，片內(nèi)具有2K2K字的程序字的程序

29、ROMROM和和512512字的數(shù)據(jù)字的數(shù)據(jù)RAMRAM。 浮點浮點DSPDSP芯片芯片，80/100ns80/100ns的指令周期，片的指令周期，片內(nèi)具有內(nèi)具有3 3個個512512字的字的RAMRAM塊，或塊，或2 2個個512512字的字的RAMRAM塊加塊加1 1個個4K4K字的字的ROMROM塊?？梢詫ぶ穳K?？梢詫ぶ?M4M字的外部字的外部存儲器。具有存儲器。具有4 4個個4040位精度的累加器和位精度的累加器和2222個個通用寄存器。通用寄存器。43LUCENT用用STARCORE開發(fā)的新開發(fā)的新DSP444 4MotorolaMotorola公司的公司的DSPDSP芯片芯片定點定

30、點DSPDSP芯片芯片程序和數(shù)據(jù)字長為程序和數(shù)據(jù)字長為2424位，有位，有2 2個精度為個精度為3636位的累加器。位的累加器。 浮點浮點DSPDSP芯片芯片，累加器精度達，累加器精度達9696位，可位，可支持雙精度浮點數(shù)，該芯片的指令周期為支持雙精度浮點數(shù)，該芯片的指令周期為50/60/74ns50/60/74ns。內(nèi)部具有。內(nèi)部具有1010個個9696位或位或3232位基于位基于寄存器的累加器。寄存器的累加器。適合于自適應(yīng)濾波的專用定點適合于自適應(yīng)濾波的專用定點DSPDSP芯片，芯片，程序字長和數(shù)據(jù)字長分別為程序字長和數(shù)據(jù)字長分別為2424位和位和1616位，累位，累加器精度為加器精度為4

31、040位。位。45M MSemiconductor Products Sector1.55 of CORE + DSPCORE + DSPDSP56652 DSP56652 - - DUAL CORE INTEGRATEDDUAL CORE INTEGRATEDCELLULAR BASEBAND PROCESSORCELLULAR BASEBAND PROCESSORDSPDebugBasebandSerial PortAudioSerial PortSmartcardInterfaceExternalBusInterfaceDSP/MCUInterface1024 x 16PRAM512 x

32、 24Clocks/PLLMCORERISCMCU coreMCORERISCMCU coreCDebugJTAGUARTMUXRAM512 x 32ROM4K x 32KeypadInterfaceGPTTDMATimerData RAM13k x 16Timer/PITWatchdogQSPISerial PortData ROM20k x 16PROM48K x 2456600DSP core56600DSP coreTarget Application (目目標(biāo)標(biāo)應(yīng)應(yīng)用用) Digital Communications(數(shù)數(shù)字字通通信信)Dual Cores (雙雙核核心心) M566

33、00 16-bit DSP core M200 32-bit RISC coreVoltage (電電源源電電壓壓) 2.0V +/- 0.2VFrequency (工工作作頻頻率率) DC-60Mhz DSP DC-20Mhz MCOREPower Dissipation (功功耗耗) 0.9 mW/MHz DSP 0.28 mW/MHz MCORETemperature (溫溫度度范范圍圍) -40 to 85C (Industrial)Packaging (封封裝裝形形式式) 196-pin PBGATechnology (工工藝藝) 0.32 (1Q98)990407465 5其他公司

34、其他公司NECNEC公司的公司的PD77C25PD77C25、PD77220PD77220定點定點DSPDSP芯片和芯片和PD77240PD77240浮點浮點DSPDSP芯片等。芯片等。LUCENTLUCENT的的DSP1600DSP1600等，等，INTELINTEL也有自己的也有自己的DSPDSP產(chǎn)品。產(chǎn)品。 INTEL&AD 的新的新DSP CORE471 1DSPDSP芯片的運算速度芯片的運算速度 MACMAC時間：時間：一次乘法和一次加法的時間。大部分一次乘法和一次加法的時間。大部分DSPDSP芯片可在一個指令周期內(nèi)完成一次乘法和一次加芯片可在一個指令周期內(nèi)完成一次乘法和一次

35、加法操作。法操作。FFTFFT執(zhí)行時間：執(zhí)行時間：運行一個運行一個N N點點FFTFFT程序所需時間。由程序所需時間。由于于FFTFFT運算在數(shù)字信號處理中很有代表性，因此運算在數(shù)字信號處理中很有代表性，因此FFTFFT運運算時間常作為衡量算時間常作為衡量DSPDSP芯片運算能力的一個指標(biāo)。芯片運算能力的一個指標(biāo)。MIPSMIPS：每秒執(zhí)行百萬條指令。每秒執(zhí)行百萬條指令。MOPSMOPS：每秒執(zhí)行百萬次操作。每秒執(zhí)行百萬次操作。MFLOPSMFLOPS：每秒執(zhí)行百萬次浮點操作。每秒執(zhí)行百萬次浮點操作。BOPSBOPS：每秒執(zhí)行十億次操作。每秒執(zhí)行十億次操作。二、選擇芯片考慮的因素二、選擇芯片考

36、慮的因素482 2DSPDSP芯片的價格芯片的價格 如果采用價格昂貴的如果采用價格昂貴的DSPDSP芯片，即使性能再芯片，即使性能再好，其應(yīng)用范圍也受到一定限制，尤其是民好，其應(yīng)用范圍也受到一定限制，尤其是民用產(chǎn)品。用產(chǎn)品。 3 3DSPDSP芯片的硬件資源芯片的硬件資源 不同不同DSPDSP芯片所提供的硬件資源不同，如片芯片所提供的硬件資源不同，如片內(nèi)內(nèi)RAMRAM、ROMROM的數(shù)量，外部可擴展的程序和數(shù)的數(shù)量，外部可擴展的程序和數(shù)據(jù)空間，總線接口、據(jù)空間，總線接口、I/OI/O接口等。接口等。 4 4DSPDSP芯片的運算精度芯片的運算精度 一般的定點一般的定點DSPDSP芯片字長為芯片

37、字長為1616位，少數(shù)位，少數(shù)2424位。浮點芯片的字長一般為位。浮點芯片的字長一般為3232位，累加器為位，累加器為4040位。位。495 5DSPDSP芯片的開發(fā)工具芯片的開發(fā)工具 在在DSPDSP系統(tǒng)的開發(fā)過程中，如果沒有開發(fā)系統(tǒng)的開發(fā)過程中，如果沒有開發(fā)工具的支持，要想開發(fā)一個復(fù)雜的工具的支持，要想開發(fā)一個復(fù)雜的DSPDSP系統(tǒng)幾系統(tǒng)幾乎是不可能的。功能強大的開發(fā)工具，可使乎是不可能的。功能強大的開發(fā)工具，可使開發(fā)時間大大縮短。開發(fā)時間大大縮短。6 6DSPDSP芯片的功耗芯片的功耗 便攜式的便攜式的DSPDSP設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用的的DSPDSP設(shè)備等對功

38、耗有特殊的要求。設(shè)備等對功耗有特殊的要求。7 7其他因素其他因素 除了上述因素外，還要考慮到封裝形式、除了上述因素外，還要考慮到封裝形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況、生命周期等。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況、生命周期等。50一般地講：一般地講：定點定點DSPDSP芯片的價格較便宜，功耗較低，芯片的價格較便宜，功耗較低，但運算精度稍低。但運算精度稍低。浮點浮點DSPDSP芯片的優(yōu)點是運算精度高，用芯片的優(yōu)點是運算精度高，用C C語言編程調(diào)試方便，但價格稍高，功耗較大。語言編程調(diào)試方便，但價格稍高，功耗較大。DSPDSP應(yīng)用系統(tǒng)的運算量是確定選用應(yīng)用系統(tǒng)的運算量是確定選用DSPDSP芯芯片處理能力的基礎(chǔ)。運算量小，

39、則可選用處片處理能力的基礎(chǔ)。運算量小，則可選用處理能力不是很強的理能力不是很強的DSPDSP芯片，降低系統(tǒng)成本。芯片，降低系統(tǒng)成本。如果單片如果單片DSPDSP芯片達不到要求，則需選用芯片達不到要求，則需選用多個多個DSPDSP芯片并行處理。芯片并行處理。51第四節(jié)第四節(jié) DSPDSP芯片的芯片的主要優(yōu)點與應(yīng)用領(lǐng)域主要優(yōu)點與應(yīng)用領(lǐng)域 一、一、 DSPDSP芯片的優(yōu)點芯片的優(yōu)點 1 1哈佛結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)2 2多總線結(jié)構(gòu)和多處理單元多總線結(jié)構(gòu)和多處理單元 3. 3. 流水線技術(shù)流水線技術(shù)4 4特殊的特殊的DSPDSP指令指令5 5指令周期短指令周期短 6. 6. 運算精度高運算精度高 7. 7. 硬

40、件配置強硬件配置強8. 8. 耗電省耗電省 52二、二、DSPDSP芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域 據(jù)預(yù)測，到據(jù)預(yù)測，到20072007年，年，DSPDSP的市場將達的市場將達到到500500億美元。目前億美元。目前DSPDSP的應(yīng)用主要的應(yīng)用主要包括如下方面：包括如下方面： （1 1）信號處理）信號處理 如數(shù)字濾波、自如數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅里葉變換、希爾適應(yīng)濾波、快速傅里葉變換、希爾伯特變換、小波變換、相關(guān)運算、伯特變換、小波變換、相關(guān)運算、譜分析、卷積、模式匹配、加窗、譜分析、卷積、模式匹配、加窗、波形產(chǎn)生等。波形產(chǎn)生等。53（2 2）通信）通信 如調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均如調(diào)制

41、解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消、多路復(fù)用、傳真、擴頻通信、糾錯、多路復(fù)用、傳真、擴頻通信、糾錯編碼、可視電話、個人通信系統(tǒng)、移編碼、可視電話、個人通信系統(tǒng)、移動通信、個人數(shù)字助手（動通信、個人數(shù)字助手（PDAPDA）、）、X.25X.25分組交換開關(guān)等。分組交換開關(guān)等。（3 3）語音）語音 如語音編碼、語音合成、如語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人辨認、語音識別、語音增強、說話人辨認、說話人確認、語音郵件、語音存儲、說話人確認、語音郵件、語音存儲、揚聲器檢驗、文本轉(zhuǎn)語音等。揚聲器檢驗、文本轉(zhuǎn)語音等。54（4 4）軍事）軍事 如保密通

42、信、雷達處理、如保密通信、雷達處理、聲納處理、圖像處理、射頻調(diào)制解調(diào)聲納處理、圖像處理、射頻調(diào)制解調(diào)、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。（5 5）圖形與圖像）圖形與圖像 如二維和三維圖形如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強、處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強、動畫與數(shù)字地圖、機器人視覺、模式動畫與數(shù)字地圖、機器人視覺、模式識別、工作站等。識別、工作站等。（6 6）儀器儀表）儀器儀表 如頻譜分析、函數(shù)發(fā)如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)、地震處理、數(shù)字濾波、生、鎖相環(huán)、地震處理、數(shù)字濾波、模式匹配、暫態(tài)分析等。模式匹配、暫態(tài)分析等。55（7 7）自動控制）自動控制 如引擎控制、聲控、機器人如

43、引擎控制、聲控、機器人控制、磁盤控制器、激光打印機控制、電動機控制、磁盤控制器、激光打印機控制、電動機控制等?？刂频取＃? 8）醫(yī)療）醫(yī)療 助聽器、超聲設(shè)備、診斷工具、病助聽器、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護、胎兒監(jiān)控、修復(fù)手術(shù)等。人監(jiān)護、胎兒監(jiān)控、修復(fù)手術(shù)等。（9 9）家用電器）家用電器 如高保真音響、音樂合成、如高保真音響、音樂合成、音調(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電話與電視、電音調(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電話與電視、電動工具、固態(tài)應(yīng)答機等。動工具、固態(tài)應(yīng)答機等。（1010）汽車）汽車 如自適應(yīng)駕駛控制、防滑制動器如自適應(yīng)駕駛控制、防滑制動器、發(fā)動機控制、導(dǎo)航及全球定位、振動分析、發(fā)動機控制、導(dǎo)航及

44、全球定位、振動分析、防撞雷達等。防撞雷達等。56第五節(jié)第五節(jié) DSPDSP應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具 開發(fā)工具的好壞對代碼的長度、代碼的執(zhí)開發(fā)工具的好壞對代碼的長度、代碼的執(zhí)行速度起著關(guān)鍵的作用，開發(fā)工具的功能行速度起著關(guān)鍵的作用，開發(fā)工具的功能是否齊全，使用是否方便，在很大程度上是否齊全，使用是否方便，在很大程度上將影響將影響DSPDSP系統(tǒng)的開發(fā)周期以及產(chǎn)品上市系統(tǒng)的開發(fā)周期以及產(chǎn)品上市時間。時間。由于不同廠商、不同系列的由于不同廠商、不同系列的DSPDSP都有自己都有自己的開發(fā)工具，因此開發(fā)工具的選擇也是重的開發(fā)工具，因此開發(fā)工具的選擇也是重要的一環(huán)。要的一環(huán)。57代碼產(chǎn)生工具

45、代碼產(chǎn)生工具 對用戶開發(fā)的高級語言或匯對用戶開發(fā)的高級語言或匯編語言源代碼進行編譯，生成可以在目標(biāo)編語言源代碼進行編譯，生成可以在目標(biāo)DSPDSP上運行的可執(zhí)行代碼。上運行的可執(zhí)行代碼。代碼調(diào)試工具代碼調(diào)試工具 根據(jù)調(diào)試者的命令觀察根據(jù)調(diào)試者的命令觀察DSPDSP的的狀態(tài)，控制狀態(tài)，控制DSPDSP代碼的執(zhí)行，進行結(jié)果顯示，代碼的執(zhí)行，進行結(jié)果顯示，對用戶的代碼進行調(diào)試或性能測試。對用戶的代碼進行調(diào)試或性能測試。DSPDSP的開發(fā)工具的開發(fā)工具581. 1. 代碼產(chǎn)生工具代碼產(chǎn)生工具 （1 1）TMS320TMS320優(yōu)化優(yōu)化C C編譯器編譯器（Optimizing ANSI Optimizi

46、ng ANSI C CompilersC Compilers） C C編譯器的輸入是編譯器的輸入是C C語言源代語言源代碼，輸出為碼，輸出為TMS320TMS320匯編代碼，它用于把符合匯編代碼，它用于把符合ANSIANSI標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的C C代碼轉(zhuǎn)換為目標(biāo)代碼轉(zhuǎn)換為目標(biāo)DSPDSP匯編代碼，匯編代碼，使用戶可以用使用戶可以用C C語言編寫代碼。并且，配套的語言編寫代碼。并且，配套的代碼調(diào)試工具支持代碼調(diào)試工具支持C C代碼的源碼調(diào)試。代碼的源碼調(diào)試。TITI公司公司的編譯器支持除的編譯器支持除TMS320C1xTMS320C1x外的所有外的所有DSPDSP產(chǎn)品。產(chǎn)品。TITI公司的開發(fā)工具公司的開發(fā)工具59（2 2）TMS320TMS320匯編器、連接器（匯編器、連接器（AssemblerAssembler、LinkerLinker） 匯編器和連接器用于把匯編代碼轉(zhuǎn)匯編器和連接器用于把匯編代碼轉(zhuǎn)換