高速數(shù)字信號(hào)處理概述

高速數(shù)字信號(hào)處理概述演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)高速數(shù)字信號(hào)處理概述目前二頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)①DSP普遍采用了數(shù)據(jù)總線和程序總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)及改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，比傳統(tǒng)處理器的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)有更高的指令執(zhí)行速度；②DSP大多采用流水技術(shù)，即每條指令都由片內(nèi)多個(gè)功能單元分別完成取指、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行等多個(gè)步驟，從而在不提高時(shí)鐘頻率的條件下減少了每條指令的執(zhí)行時(shí)間；③片內(nèi)有多條總線可以同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，并且有輔助寄存器用于尋址，它們可以在尋址訪問(wèn)前或訪問(wèn)后自動(dòng)修改內(nèi)容，以指向下一個(gè)要訪問(wèn)的地址；④針對(duì)濾波、相關(guān)、矩陣運(yùn)算等需要大量乘法累加運(yùn)算的特點(diǎn)，DSP大都配有獨(dú)立的乘法器和加法器，使得同一時(shí)鐘周期內(nèi)可以完成相乘、累加兩個(gè)運(yùn)算，許多DSP可以同時(shí)進(jìn)行乘、加、減運(yùn)算，大大加快了FFT的蝶形運(yùn)算速度；目前三頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

圖2.1馮·諾依曼結(jié)構(gòu)目前四頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖2.2哈佛結(jié)構(gòu)及改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)目前五頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)⑤許多DSP帶有DMA通道控制器，以及串行通信口等，配合片內(nèi)多總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)塊傳送速度大大提高；⑥配有中斷處理器和定時(shí)控制器，可以很方便地構(gòu)成一個(gè)小規(guī)模系統(tǒng)；⑦具有軟、硬件等待功能，能與各種存儲(chǔ)器接口。

數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、通用微處理器（MPU）、微控制器（MCU）三者的區(qū)別在于：DSP面向高性能、重復(fù)性、數(shù)值運(yùn)算密集型的高速實(shí)時(shí)處理；MPU大量應(yīng)用于計(jì)算機(jī)；MCU則適用于以控制為主的處理過(guò)程。

DSP本身具有以下功能，支持其高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用：目前六頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)①單指令周期的乘、加操作；②特殊的高速尋址方式，可以在其它操作進(jìn)行的同時(shí)完成地址寄存器指針的修改，并具有循環(huán)尋址、位反序?qū)ぶ饭δ?。循環(huán)尋址用于FIR濾波器，可以省去相當(dāng)于遲延線功能的大量數(shù)據(jù)移動(dòng)，用于FFT則可以緊湊地存放旋轉(zhuǎn)因子表；位反序利于FFT的快速完成；③針對(duì)高速實(shí)時(shí)處理所設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)器接口，能在單指令時(shí)間內(nèi)完成多次存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備訪問(wèn)；④專門的指令流控制，具有無(wú)附加開銷的循環(huán)功能以及延遲跳轉(zhuǎn)（相當(dāng)于預(yù)跳轉(zhuǎn)）指令；⑤專門的指令集和較長(zhǎng)的指令字，一個(gè)指令字同時(shí)控制片內(nèi)多個(gè)功能單元的操作；⑥單片系統(tǒng)，易于小型化設(shè)計(jì)；⑦低功耗，一般為0.5～4W，采用低功耗技術(shù)的DSP只有0.1W，可用電池供電如TI的TMS320C54X系列，對(duì)嵌入式系統(tǒng)很適合；而新型MPU，如Pentium等功耗達(dá)20～50W。目前七頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

因此，DSP的運(yùn)算速度要高得多，以FFT、相關(guān)為例，高性能DSP不僅處理速度是MPU的4～10倍，而且可以流水無(wú)間斷地完成數(shù)據(jù)的高速實(shí)時(shí)輸入／輸出。DSP結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，普遍采用匯編語(yǔ)言編程，其任務(wù)完成時(shí)間的可預(yù)測(cè)性比結(jié)構(gòu)和指令復(fù)雜（超標(biāo)量指令）、嚴(yán)重依賴于編譯系統(tǒng)的MPU強(qiáng)得多。以一個(gè)FIR濾波器實(shí)現(xiàn)為例，每輸入一個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)每階濾波器系數(shù)需要一次乘、一次加、一次取指、二次取數(shù)，有時(shí)還需要專門的數(shù)據(jù)移動(dòng)操作，DSP可以單周期完成乘加并行操作以及3～4次數(shù)據(jù)存取操作，而普通MPU至少需要4個(gè)指令周期，因此，在相同的指令周期和片內(nèi)指令緩存條件下，DSP是MPU運(yùn)算速度的4倍以上。正是基于DSP的這些優(yōu)勢(shì)，在新推出的高性能通用微處理器（如PentiumMMX、PentiumⅢ、Pentium4等）片內(nèi)已經(jīng)融入了DSP的功能，而以這種通用微處理器構(gòu)成的計(jì)算機(jī)在網(wǎng)絡(luò)通信、語(yǔ)音圖像處理、高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析等方面的效率大大提高。目前八頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

不同類型DSP適用于不同場(chǎng)合。早先DSP都是定點(diǎn)的，可以勝任大多數(shù)數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用，但在某些場(chǎng)合，如雷達(dá)、聲納信號(hào)處理中，數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍很大，按定點(diǎn)處理會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)溢出或下溢出，嚴(yán)重時(shí)處理無(wú)法進(jìn)行。如果用移位定標(biāo)或用定點(diǎn)模擬浮點(diǎn)運(yùn)算，程序執(zhí)行速度將大大降低。浮點(diǎn)DSP的出現(xiàn)解決了這些問(wèn)題，它拓展了數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍，常見的16bit定點(diǎn)DSP動(dòng)態(tài)范圍僅96dB，每增加1bit，動(dòng)態(tài)范圍只增加6dB；而32bit浮點(diǎn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍為1536dB。浮點(diǎn)DSP的處理性能在許多情況下要比定點(diǎn)DSP高得多。得益于VLSI技術(shù)，32位浮點(diǎn)DSP在各項(xiàng)指標(biāo)上都遠(yuǎn)好于定點(diǎn)DSP，它可以完成32位定點(diǎn)運(yùn)算，具備更大的存儲(chǔ)訪問(wèn)空間，而且最新發(fā)展的并行DSP大都采用浮點(diǎn)格式，還有一點(diǎn)就是高級(jí)語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）編譯器主要面向浮點(diǎn)DSP，這使得普通計(jì)算機(jī)上的源碼程序可以移植到DSP設(shè)計(jì)中而無(wú)需大的修改。目前九頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

目前DSP峰值運(yùn)算能力達(dá)每秒24億次，但相對(duì)于所要求的每秒幾百億、上千億次運(yùn)算來(lái)說(shuō)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。而且VLSI技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)受到開關(guān)速度極限的限制，提高DSP主頻所遇到的難度和付出的成本越來(lái)越大，單處理器性能的提高空間受到限制，為此，引入了并行處理技術(shù)。其實(shí)在許多DSP的多級(jí)流水處理、相乘／累加同時(shí)進(jìn)行等功能中已經(jīng)融入了片內(nèi)并行技術(shù)，TMS320C6X進(jìn)一步發(fā)展了超長(zhǎng)指令字（VLIW）和多流水線技術(shù)。在每條長(zhǎng)達(dá)256bit的指令字中規(guī)定了多條流水線、多個(gè)處理單元的并行操作。DSP并行技術(shù)的主流則是向片外／片間并行發(fā)展，因?yàn)檫@種并行可以不受限制地?cái)U(kuò)大并行規(guī)模。以TMS320C4X和ADSP2106X為代表的并行DSP為用戶提供了設(shè)計(jì)大規(guī)模并行系統(tǒng)的硬件基礎(chǔ)，它們都提供了6個(gè)通信（鏈路）口，并為共享總線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了相應(yīng)的總線控制信號(hào)線，可以組成松耦合的分布式并行系統(tǒng)和緊耦合的總線共享式并行系統(tǒng)。目前十頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)§2.2數(shù)字信號(hào)處理器的應(yīng)用領(lǐng)域

隨著DSP性能的迅速提高和成本價(jià)格的大幅度下降，DSP的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，成為當(dāng)前產(chǎn)量和銷售量增長(zhǎng)最快的電子產(chǎn)品之一。DSP應(yīng)用幾乎遍及整個(gè)電子領(lǐng)域，常見的典型應(yīng)用有：

1．通用數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)、FFT、希爾伯特變換、自適應(yīng)濾波、窗函數(shù)、波形發(fā)生等。

2．通信高速調(diào)制解調(diào)器、編譯碼器、自適應(yīng)均衡器、傳真、程控交換機(jī)、蜂窩移動(dòng)電話、數(shù)字基站、回音消除、噪聲抑制、電視會(huì)議、保密通信、衛(wèi)星通信、TDMA/FDMA/CDMA等各種通信制式。隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，DSP又在網(wǎng)絡(luò)管理／服務(wù)、信息轉(zhuǎn)發(fā)、IP電話等新領(lǐng)域扮演著重要角色，而軟件無(wú)線電的提出和發(fā)展進(jìn)一步增強(qiáng)了DSP在無(wú)線通信領(lǐng)域的作用。目前十一頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

3．語(yǔ)音處理語(yǔ)音識(shí)別、合成、矢量編碼、語(yǔ)音信箱。

4．圖形／圖像處理三維圖像變換、模式識(shí)別、圖像增強(qiáng)、動(dòng)畫、電子出版、電子地圖等。

5．自動(dòng)控制磁盤、光盤、打印機(jī)伺服控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制。

6．儀器儀表測(cè)量數(shù)據(jù)譜分析、自動(dòng)監(jiān)測(cè)及分析、暫態(tài)分析、勘探、模擬試驗(yàn)。

7．醫(yī)學(xué)電子

助聽器、CT掃描、超聲波、心腦電圖、核磁共振、醫(yī)療監(jiān)護(hù)等。

8．軍事與尖端科技目前十二頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

雷達(dá)和聲納信號(hào)處理、雷達(dá)成像、自適應(yīng)波束合成、陣列天線信號(hào)處理、導(dǎo)彈制導(dǎo)火控系統(tǒng)、戰(zhàn)場(chǎng)C3I系統(tǒng)、導(dǎo)航、全球定位GPS、目標(biāo)搜索跟蹤、尖端武器試驗(yàn)、航空航天試驗(yàn)、宇宙飛船、偵察衛(wèi)星。

9．計(jì)算機(jī)與工作站陣列處理機(jī)、計(jì)算加速卡、圖形加速卡、多媒體計(jì)算機(jī)。

10．消費(fèi)電子數(shù)字電視、高清晰度電視、圖像／聲音壓縮解壓器、VCD／DVD／CD播放機(jī)、電子玩具、游戲機(jī)、數(shù)字留言／應(yīng)答機(jī)、汽車電子裝置、音響合成、住宅電子安全系統(tǒng)、家電電腦控制裝置。目前十三頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)§2.3DSP的選擇和發(fā)展

DSP的應(yīng)用范圍十分廣闊，不同的應(yīng)用領(lǐng)域和不同的性能需要不同類型的DSP。在軍事和尖端科技領(lǐng)域，對(duì)性能因素的考慮遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對(duì)成本等因素的考慮，因而這一應(yīng)用領(lǐng)域總是集中體現(xiàn)了當(dāng)今最先進(jìn)的DSP發(fā)展水平。而在廣闊的民用產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，成本和性能同樣重要，例如定點(diǎn)DSP的成本遠(yuǎn)低于浮點(diǎn)DSP，通信、語(yǔ)音、圖像處理往往采用定點(diǎn)DSP就可以滿足要求。定點(diǎn)DSP功耗也較低，一般在0.5～1.5W，其低電壓（2.5V、3.3V）型僅200mw以下，而且在休眠模式下（Powerdown或Sleep）功耗更低。浮點(diǎn)DSP由于片內(nèi)集成度、運(yùn)算復(fù)雜性較高，功耗是定點(diǎn)DSP的3～5倍。因而過(guò)去和現(xiàn)在定點(diǎn)DSP在應(yīng)用廣泛性上占主導(dǎo)地位。但隨著VLSI技術(shù)的發(fā)展，決定芯片生產(chǎn)成本的因素中，生產(chǎn)批量的大小起著越來(lái)越大的作用，盡管浮點(diǎn)DSP的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成度很目前十四頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

高，如果它能獲得市場(chǎng)的承認(rèn)而得到廣泛應(yīng)用，其價(jià)格會(huì)大幅度下降。另外，各種DSP面向不同應(yīng)用領(lǐng)域，有其各自的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)。以TMS320系列為例，TMS320F240適合于電機(jī)控制，TMS320C54X適合于通信及語(yǔ)音處理，TMS320C80則面向多媒體應(yīng)用，雷達(dá)、聲納信號(hào)處理所需要的大動(dòng)態(tài)范圍和高速實(shí)時(shí)處理需要TMS320C4X／C67X這樣的高性能或并行DSP。綜合起來(lái)，選擇合適的DSP所應(yīng)考慮的主要方面有：①性能指標(biāo)；指令速度MIPS或運(yùn)算速度MFLOPS，考慮是否必須多片并行處理。高速實(shí)時(shí)信號(hào)處理要求DSP處理系統(tǒng)必須在限定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，或者在允許的輸出—輸入響應(yīng)遲延范圍內(nèi)，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入／輸出吞吐率必須達(dá)到一定速度。目前十五頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)②精度和動(dòng)態(tài)范圍。數(shù)據(jù)字寬、定點(diǎn)／浮點(diǎn)；③是否具備本應(yīng)用所需要的某些特殊功能。如串行通信口、片內(nèi)語(yǔ)音處理功能、片內(nèi)A／D或D／A集成、與特定外部設(shè)備接口等等；④價(jià)格成本。不單指芯片本身價(jià)格，還包括必需的外部配套器件成本；⑤體積。同樣包括了構(gòu)成最小系統(tǒng)的電路尺寸；⑥功耗。是否有低功耗（3.3V／2.5V）型號(hào)，能否電池供電；⑦應(yīng)用開發(fā)時(shí)間周期。應(yīng)具備完善的開發(fā)調(diào)試工具，DSP本身易學(xué)易用；⑧型號(hào)延續(xù)性。產(chǎn)品有較好的應(yīng)用前景，或者未來(lái)有兼容／替代型號(hào)，這要求生產(chǎn)廠家有相當(dāng)實(shí)力，能在芯片生產(chǎn)或開發(fā)調(diào)試系統(tǒng)上得到其它廠商的支持。目前十六頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

當(dāng)選擇一種DSP滿足上述要求后，還應(yīng)選擇更具體的類型，如速度、工作溫度范圍、封裝等等。許多DSP都提供了具備片內(nèi)ROM型的產(chǎn)品，片內(nèi)ROM可以將定型的程序代碼固化到DSP片內(nèi)，從而減少了系統(tǒng)的體積、功耗、電磁輻射干擾，速度也有所提高，當(dāng)大批量生產(chǎn)時(shí)可降低成本。但這種ROM幾乎都是一次性寫入的，而且需要由廠家專門制作，其批量起點(diǎn)高（萬(wàn)片），帶來(lái)了很大的資金投入和生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)普通使用者，這些ROM是無(wú)用的。有些DSP如TM320C31／C40，其片內(nèi)有少量ROM固化為加電引導(dǎo)程序，供各種加載模式下自動(dòng)調(diào)用。有些DSP如TM320F206，其片內(nèi)則有FLASH。目前十七頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

DSP處理系統(tǒng)中除了DSP外，另外的不可缺器件就是存儲(chǔ)器，一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)必須有EPROM、EEPROM、FLASH、SSD（固態(tài)盤）等非易失性存儲(chǔ)器來(lái)存放程序、初始化數(shù)據(jù)、表格等，為了采用低成本、小體積的存儲(chǔ)器，就要選用那些帶有8bit字節(jié)方式加載功能的DSP，如TMS320C31等，而TM320C30則必須用32bit的存儲(chǔ)加載。當(dāng)DSP的片內(nèi)存儲(chǔ)器不夠使用時(shí)，有必要采用可讀寫的片外存儲(chǔ)器，SRAM速度高，與DSP連接簡(jiǎn)單，能被DSP全速訪問(wèn)（無(wú)等待），但成本高、容量小、體積大，DRAM則與SRAM完全相反。為了克服DRAM必須刷新所帶來(lái)的不利影響，已經(jīng)有一種帶一頁(yè)SRAM緩存的增強(qiáng)型DRAM（EDRAM），除了DSP訪問(wèn)跨頁(yè)時(shí)需要插入等待周期外，大多數(shù)情況下，EDRAM幾乎與SRAM的性能一樣，但容量大得多，而且DSP無(wú)須考慮對(duì)EDRAM中DRAM的刷新。目前十八頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

同一型號(hào)DSP有多種速度級(jí)別、工作溫度和封裝形式，而且價(jià)格與其購(gòu)買量關(guān)系很大。DSP集成度和性能呈加速增長(zhǎng)勢(shì)頭，更新?lián)Q代速度越來(lái)越快。采用主流產(chǎn)品和兼容性有保證的型號(hào)很重要。DSP的發(fā)展趨勢(shì)：一是采用低壓（3.3V/2.5V/1.8V/1.5V/1.2V），可以大大減少系統(tǒng)功耗，降低散熱要求；二是采用越來(lái)越密集的封裝形式，從DIP→PGA→PLCC→QFP→TQFP→BGA，管腳間距越來(lái)越小，對(duì)電路板設(shè)計(jì)、制作、器件安裝的要求越來(lái)越高。DSP另一大趨勢(shì)是軟件化，未來(lái)DSP需要“單片系統(tǒng)”，即在一個(gè)芯片上包括了處理控制單元、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備甚至A/D、D/A等模擬器件，并且包括處理單元在內(nèi)的各功能塊都具有可重定義特性，這些系統(tǒng)的軟／硬件設(shè)計(jì)將更多地側(cè)重于軟件編程，這種基于軟件的DSP設(shè)計(jì)方法將降低設(shè)計(jì)難度，提高設(shè)計(jì)效率。目前十九頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

電子系統(tǒng)向軟件化方向發(fā)展的一個(gè)實(shí)例是軟件無(wú)線電的應(yīng)用。目前無(wú)線通信領(lǐng)域存在著以下主要矛盾：新的通信體制和“標(biāo)準(zhǔn)”不斷提出，通信產(chǎn)品生存周期縮短、開發(fā)費(fèi)用上升；各種通信體制并存，對(duì)多種體制間互聯(lián)要求日趨強(qiáng)列；頻帶更加擁擠，要求更高的頻帶利用率和抗干擾能力。軟件無(wú)線電將盡可能多的把無(wú)線及個(gè)人通信功能用軟件實(shí)現(xiàn)，以可編程的通用DSP和可編程邏輯器件（FPGA）取代專用電路，使系統(tǒng)中硬件含量進(jìn)一步下降，從而提高了設(shè)計(jì)的靈活性、兼容性和可升級(jí)能力，解決了上述矛盾。軟件無(wú)線電需要有強(qiáng)大處理能力的硬件平臺(tái)作支持，在此平臺(tái)上運(yùn)行不同軟件就能支持多種通信體制，同時(shí)將傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中前端處理的專用硬件用可編程器件替代，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的兼容性和可升級(jí)能力，而性能迅速提高的DSP技術(shù)可以滿足這一要求，而且并行浮點(diǎn)DSP適合通信領(lǐng)域日益復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理所要求的高精度、大動(dòng)態(tài)范圍、大運(yùn)算量，在未來(lái)將取代更多的定點(diǎn)DSP。目前二十頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)§2.4DSP系統(tǒng)的構(gòu)成

圖2.3的輸入信號(hào)可以是電信號(hào)、聲音信號(hào)、物理信號(hào)、化學(xué)信號(hào)、連續(xù)信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、強(qiáng)信號(hào)、弱信號(hào)。在前向通道中，首先通過(guò)傳感器將各種信號(hào)轉(zhuǎn)化為一定幅值的電信號(hào)，再將這些信號(hào)進(jìn)行帶限濾波，然后通過(guò)A／D或V／F變換將信號(hào)變換成為數(shù)字比特流。根據(jù)仙農(nóng)抽樣定理，為保持信息的不丟失，抽樣頻率至少必須是輸人帶限信號(hào)最小頻率的2倍。當(dāng)然，對(duì)特殊的信號(hào)可能有特殊的要求，如正弦信號(hào)一般須在一個(gè)周期內(nèi)采用3個(gè)點(diǎn)以上。

DSP芯片系統(tǒng)可能由一個(gè)DSP及外圍總線組成，也可能由多個(gè)DSP組成，這完全取決于DSP處理的要求。DSP芯片目前二十一頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖2.3DSP系統(tǒng)的構(gòu)成

目前二十二頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

系統(tǒng)的主要任務(wù)是將前向通道輸出的信號(hào)按照一定的算法進(jìn)行處理，然后將處理的結(jié)果以數(shù)據(jù)流的形式輸出給后向通道。后向通道主要由D／A、F／V、平滑濾波器及功率放大等部分組成，如圖2.3所示。另外，大多數(shù)系統(tǒng)還有通信（串行、并行）、人機(jī)接口等部分。系統(tǒng)還可能通過(guò)COMPACTPCI、PCI、ISA、VXI等總線插在計(jì)算機(jī)上工作，或通過(guò)3xBUS總線等組成緊湊型的控制系統(tǒng)，甚至還可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線將整個(gè)系統(tǒng)作為整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行主要依靠正確的邏輯控制電路設(shè)計(jì)。系統(tǒng)中的這些部分都將在后面詳細(xì)闡述。必須指出，上面給出的DSP系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)完備的DSP系統(tǒng)，但并不是所有的DSP系統(tǒng)都必須具有上述系統(tǒng)上的所有部件。如頻譜分析中輸出的不是連續(xù)的波形而是離散的頻譜分析等。而在很多場(chǎng)合輸入信號(hào)本身可能已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)，因此根本不必有前向通道環(huán)節(jié)。目前二十三頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)§2.5DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

一、總體方案設(shè)計(jì)現(xiàn)對(duì)圖2.4所列各步驟作一簡(jiǎn)要說(shuō)明。在進(jìn)行DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，首先要明確設(shè)計(jì)任務(wù)，給出設(shè)計(jì)任務(wù)書。在設(shè)計(jì)任務(wù)書中，應(yīng)該將系統(tǒng)要達(dá)到的功能描述準(zhǔn)確、清楚。描述的方式可以是人工語(yǔ)言，也可以是流程圖或算法描述。在此之后應(yīng)該把設(shè)計(jì)任務(wù)書轉(zhuǎn)化為量化的技術(shù)指標(biāo)。結(jié)合DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，這些技術(shù)指標(biāo)主要包括：目前二十四頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖2.4DSP總體設(shè)計(jì)框圖目前二十五頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

①由信號(hào)的頻率決定的系統(tǒng)采樣頻率。②由采樣頻率完成任務(wù)書最復(fù)雜的算法所需最大時(shí)間及系統(tǒng)對(duì)高速實(shí)時(shí)程度的要求判斷系統(tǒng)能否完成工作。③由數(shù)據(jù)量及程序的長(zhǎng)短決定片內(nèi)RAM的容量，是否需要擴(kuò)展片外RAM及片外RAM容量。④由系統(tǒng)所要求的精度決定是16位還是32位，是定點(diǎn)還是浮點(diǎn)運(yùn)算。⑤根據(jù)系統(tǒng)是計(jì)算用還是控制用來(lái)決定對(duì)輸入輸出端口的要求。在一些特殊的控制場(chǎng)合還有一些專門的芯片可供選用。目前二十六頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

如電機(jī)控制領(lǐng)域很適合用TMS320C2XX系列，因?yàn)樗厦婕闪?路A／D輸入，6路PWM輸出及強(qiáng)大的人機(jī)接口。由上述的一些技術(shù)指標(biāo)，大致可以確定應(yīng)該選用的DSP芯片的型號(hào)。在確定DSP芯片選型之后，應(yīng)當(dāng)先進(jìn)行系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。首先采用高級(jí)語(yǔ)言或Matlab等對(duì)算法進(jìn)行仿真，確定最佳算法并初步確定參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)中的哪些功能用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，哪些功能用硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行初步的分工，如FFT，F(xiàn)IR等是否需要用專用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)等。目前二十七頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

二、軟件設(shè)計(jì)

1、DSP軟件編程的特點(diǎn)在此對(duì)軟件開發(fā)流程做簡(jiǎn)單的介紹。①與計(jì)算機(jī)的匯編語(yǔ)言比起來(lái)，由于TI公司匯編語(yǔ)言的指令系統(tǒng)比計(jì)算機(jī)匯編語(yǔ)言的指令系統(tǒng)要簡(jiǎn)單一些，而且由于有許多專門為數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的指令，因此是比較容易掌握并運(yùn)用于數(shù)字信號(hào)處理的編程中的。②與高級(jí)語(yǔ)言比起來(lái)，使用DSP匯編語(yǔ)言的用戶一定要熟悉DSP芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。尤其是在多DSP并行處理的場(chǎng)合，或在便攜電話、磁盤驅(qū)動(dòng)器等編程空間很小的場(chǎng)合，這對(duì)偏重高效的DSP軟件是非常重要的。目前二十八頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)③高級(jí)語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）的開發(fā)工具不斷完善，隨著TI公司C語(yǔ)言編譯器、優(yōu)化器的不斷改進(jìn)，以及一些第三方的不斷努力，C語(yǔ)言的編譯效率已經(jīng)得到了很大的提高。在C3X中，其編譯效率大約為匯編語(yǔ)言的1／10，而到了C6X系列，其編譯效率提高了3倍。④在實(shí)時(shí)要求高的場(chǎng)合或?qū)崟r(shí)要求高的算法中，用匯編語(yǔ)言開發(fā)；實(shí)時(shí)要求低的場(chǎng)合用C語(yǔ)言編程。將兩者結(jié)合起來(lái)，既能保持算法的實(shí)時(shí)性，又能做到程序結(jié)構(gòu)的清晰明了。目前二十九頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)2、軟件編程的步驟

①用匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的混編來(lái)編寫程序，然后把它們分別轉(zhuǎn)化成TMS320的匯編語(yǔ)言并送到匯編語(yǔ)言編譯器進(jìn)行編譯，生成目標(biāo)文件。②將目標(biāo)文件送入鏈接器進(jìn)行連接，得到可執(zhí)行文件。③將可執(zhí)行文件調(diào)入到調(diào)試器（包括軟件仿真、軟件開發(fā)系統(tǒng)、評(píng)測(cè)模塊、系統(tǒng)仿真器一般在系統(tǒng)調(diào)試中，系統(tǒng)仿真器是最常用的）進(jìn)行調(diào)試，檢查運(yùn)行結(jié)果是否正確。如果正確進(jìn)入第四步；如果不正確，則返回第一步。④進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換，將代碼寫人E/EPROM，并脫離仿真器運(yùn)行程序，檢查結(jié)果是否正確。如果不正確，返回第三步；如果正確，進(jìn)入下一步。⑤軟件測(cè)試。如果測(cè)試結(jié)果合格，軟件調(diào)試完畢；如果不合格，返回第一步。上述步驟如圖2.5所示:目前三十頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖2.5軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖目前三十一頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

三、硬件設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)方案所謂硬件實(shí)現(xiàn)方案是指根據(jù)性能指標(biāo)、工期、成本等，確定最優(yōu)硬件實(shí)現(xiàn)方案（考慮到實(shí)際的工作情況，最理想的方案不一定是最優(yōu)的方案），并畫出其硬件系統(tǒng)框圖（圖2.6）。這時(shí)對(duì)于具體器件的要求應(yīng)該已經(jīng)比較明確。

2、進(jìn)行器件的選型一般系統(tǒng)中常用A／D、D／A、內(nèi)存、電源、邏輯控制、通信、人機(jī)接口、總線等基本部件。下面將大致介紹它們的確定原則，至于具體的介紹詳見后續(xù)各章。

目前三十二頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)圖2.6硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖目前三十三頁(yè)\總數(shù)三十六頁(yè)\編于十三點(diǎn)

A／D：根據(jù)采樣頻率、精度來(lái)確定A／D型號(hào)，是否要求片上自帶采保、多路器、基準(zhǔn)電源等。

D／A：信號(hào)頻率、精度是否要求自帶基準(zhǔn)電源、多路器、輸出運(yùn)放等。

內(nèi)存：包括SRAM，EPROM（或EEPROM