淺談DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

淺談DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：DSP是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科，并隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。文章主要對(duì)DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)分析，以供參考。關(guān)鍵詞：DSP算法軟硬件設(shè)計(jì)1、引言隨著數(shù)字化的急速進(jìn)程，DSP技術(shù)的地位突顯出來。因?yàn)閿?shù)字化的基礎(chǔ)技術(shù)就是數(shù)字信號(hào)處理，而數(shù)字信號(hào)處理的任務(wù)，特別是實(shí)時(shí)處理(Real-TimeProcessing)的任務(wù)，是要由通用型或?qū)Ｓ眯虳SP處理器來完成的。因此，在整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)品的增長趨緩時(shí)，DSP處理器還在以較快的速度增長。2、算法研究與優(yōu)化這一階段主要是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)確定系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行算法仿真和高級(jí)語言(如MATLAB)模擬實(shí)現(xiàn)，通過仿真驗(yàn)證算法的正確性、精度和效率，以確定最佳算法，并初步確定相應(yīng)的參數(shù)。其次核算算法需要的DSP處理能力，一方面這是選擇DSP的重要因素，另一方面也影響目標(biāo)板的DSP結(jié)構(gòu)，如采用單DSP還是多DSP，并行結(jié)構(gòu)還是串行結(jié)構(gòu)等。最后算法還要反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化，一方面提高算法的效率，另一方面使算法更加適合DSP的體系結(jié)構(gòu)，如對(duì)算法進(jìn)行并行處理的分解或流水處理的分解等，以便獲得運(yùn)算量最小和使用資源最少的算法。3、DSP芯片及外圍芯片的確定隨應(yīng)用場(chǎng)合和設(shè)計(jì)目標(biāo)的不同，DSP選擇的依據(jù)重點(diǎn)也不同，通常需要考慮以下因素：3.1DSP芯片的運(yùn)算速度運(yùn)算速度是DSP芯片一個(gè)最重要的性能指標(biāo)，也是選擇DSP芯片時(shí)所需要考慮的一個(gè)主要因素。設(shè)計(jì)者先由輸入信號(hào)的頻率范圍確定系統(tǒng)的最高采樣頻率，再根據(jù)算法的運(yùn)算量和實(shí)時(shí)處理限定的完成時(shí)間確定DSP運(yùn)算速度的下限。3.2DSP芯片的運(yùn)算精度由系統(tǒng)所需要的精度確定是采用定點(diǎn)運(yùn)算還是浮點(diǎn)運(yùn)算。參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)字長越長精度越高，目前，除少數(shù)DSP處理器采用20位、24位或32位的格式外，絕大多數(shù)定點(diǎn)DSP都采用16位數(shù)據(jù)格式。由于其功耗小和價(jià)格低廉，實(shí)際應(yīng)用的DSP處理器絕大多數(shù)是定點(diǎn)處理器。為了保證底數(shù)的精度，浮點(diǎn)DSP的數(shù)據(jù)格式基本上都做成32位，其數(shù)據(jù)總線、寄存器、存儲(chǔ)器等的寬度也相應(yīng)是32位。在實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合，往往考慮使用浮點(diǎn)DSP處理器。與定點(diǎn)DSP處理器相比，浮點(diǎn)DSP處理器的速度更快，但價(jià)格比較高，開發(fā)難度也更大一些。3.3片內(nèi)硬件資源由系統(tǒng)數(shù)據(jù)量的大小確定所使用的片內(nèi)RAM及需要擴(kuò)展的RAM的大?。桓鶕?jù)系統(tǒng)是作計(jì)算用還是控制用來確定I/O端口的需求。不同的DSP芯片所提供的硬件資源是不相同的，如片內(nèi)RAM、ROM的數(shù)量，外部可擴(kuò)展的程序和數(shù)據(jù)空間，總線接口、I/O接口等。即使是同一系列的DSP芯片(如TI的TMS320C54x系列)，系列中不同DSP芯片也具有不同的內(nèi)部硬件資源，以適應(yīng)不同的需要。在一些特殊的控制場(chǎng)合有一些專門的芯片可供選用，如TMS320C2xx系列自身帶有2路A/D輸入和6路PWM輸出及強(qiáng)大的人機(jī)接口，特別適合于電動(dòng)機(jī)控制場(chǎng)合。3.4DSP芯片的功耗在某些DSP應(yīng)用場(chǎng)合，功耗也是一個(gè)很重要的問題。功耗的大小意味著發(fā)熱的大小和能耗的多少。如便攜式的DSP設(shè)備、手持設(shè)備(手機(jī))和野外應(yīng)用的DSP設(shè)備，對(duì)功耗都有特殊的要求。4、軟硬件設(shè)計(jì)階段軟硬件設(shè)計(jì)一般可以分為以下幾個(gè)步驟：(1)按照選定的算法和DSP芯片對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能是用軟件實(shí)現(xiàn)還是硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行初步分工，例如FFT、數(shù)字上/下變頻器、RAKE分集接收是否需要專門芯片或FPGA芯片實(shí)現(xiàn)，譯碼判決算法是用軟件判決還是硬件判決，等等。(2)根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求著手進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，完成DSP芯片外圍電路和其他電路(如轉(zhuǎn)換、控制、存儲(chǔ)、輸出輸入等電路)的設(shè)計(jì)。(3)根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)要求和所確定的硬件編寫相應(yīng)的DSP匯編程序，完成軟件設(shè)計(jì)。當(dāng)然，軟件設(shè)計(jì)也可采用高級(jí)語言進(jìn)行，如TI公司提供了最佳的ANSIC語言編譯軟件，該編譯器可將C語言編寫的信號(hào)處理軟件變換成TMS320系列的匯編語言。由于現(xiàn)有的高級(jí)語言編譯器的效率還比不上手工編寫匯編語言的效率，因此在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中常常采用高級(jí)語言和匯編語言的混合編程方法，即在算法運(yùn)算量大的地方，用手工編寫的方法編寫匯編語言，而運(yùn)算量不大的地方則采用高級(jí)語言。采用這種方法，既可縮短軟件開發(fā)的周期，提高程序的可讀性和可移植性，又能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)算的要求。5、系統(tǒng)集成與測(cè)試階段系統(tǒng)的軟件和硬件分別調(diào)試完成后，就可以將軟件脫離開發(fā)系統(tǒng)而直接在應(yīng)用系統(tǒng)上運(yùn)行，評(píng)估是否完成設(shè)計(jì)目標(biāo)。當(dāng)然，DSP應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)，特別是軟件開發(fā)是一個(gè)需要反復(fù)進(jìn)行的過程，雖然通過算法模擬基本上可以知道實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能，但實(shí)際上模擬環(huán)境不可能做到與實(shí)時(shí)系統(tǒng)環(huán)境完全一致，而且將模擬算法移植到實(shí)時(shí)系統(tǒng)時(shí)必須考慮算法是否能夠?qū)崟r(shí)運(yùn)行的問題。如果算法運(yùn)算量太大而不能在硬件上實(shí)時(shí)運(yùn)行，則必須重新修改或簡(jiǎn)化算法。參考文獻(xiàn)[1]王躍宗,劉京會(huì).《TMS320DM642DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)》.人民郵電出版社,2009.[2]彭啟琮,武樂琴,張艦.《TIDSP系列中文手冊(cè)：TMS320VC55x系列DSP的CPU與外設(shè)》.清華大學(xué)出版社,2005.[3]劉艷萍.《DSP技術(shù)原理及應(yīng)用教程》.北京航天航