dsp技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

dsp技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

一、dsp系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域“pd”的概念最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。直到1970年代。他們介紹了sd的理論和算法基礎(chǔ)。而當(dāng)時DSP僅僅停留在教科書上,即便是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立組件組成的,其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事、航空航天部門。1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。到了80年代中期,第二代DSP芯片伴隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運而生,它在存儲容量和運算速度上都得到了成倍的提高。80年代后期,第三代發(fā)明的DSP芯片運算速度得到了進(jìn)一步提高,其應(yīng)用于范圍逐步擴(kuò)大到通信和計算機(jī)領(lǐng)域。90年代后DSP技術(shù)迅猛發(fā)展,大約每2-3年就更換一代產(chǎn)品。新型集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計算機(jī)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,如今DSP產(chǎn)品的應(yīng)用已擴(kuò)大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個方面,將我們帶入數(shù)字化生活時代。二、數(shù)字信號處理器的結(jié)構(gòu)特點(一)兩種處理方式在20世紀(jì)30年代中期,德國科學(xué)家馮.諾依曼發(fā)明了新的計算機(jī)結(jié)構(gòu),并命名馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)(圖1),我們PC機(jī)的CPU就是基于馮諾伊曼的體系結(jié)構(gòu)。但是,當(dāng)程序指令與數(shù)據(jù)共用一個存儲空間和單一的地址及數(shù)據(jù)總線的這一結(jié)構(gòu)在面對高速實時處理時,就會造成總線擁擠,哈佛大學(xué)將其加以改進(jìn)后研制的MARK2I計算機(jī)采用了與馮.諾伊曼完全不同的另一種計算機(jī)結(jié)構(gòu)(圖2),稱為“哈佛結(jié)構(gòu)”這種結(jié)構(gòu)由于采用了完全隔離的程序和數(shù)據(jù)存儲器以及雙獨立總線,大大的提高了運算處理速度。與馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器比較,哈佛結(jié)構(gòu)處理器有兩個明顯的特點:(1)使用兩個獨立的存儲器模塊,分別存儲指令和數(shù)據(jù),每個存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存;(2)使用獨立的兩條總線,分別作為CPU與每個存儲器之間的專用通信路徑,而這兩條總線之間毫無關(guān)聯(lián)。后來,又提出了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),如圖3所示。其結(jié)構(gòu)特點為:1()使用兩個獨立的存儲器模塊,分別存儲指令和數(shù)據(jù),每個存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存,以便實現(xiàn)并行處理;(3)兩條總線由程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分時共用。(二)減少指令執(zhí)行時間與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān),DSP芯片廣泛采用流水線操作以減少指令執(zhí)行時間,流水作業(yè),使取指令、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行,指令可以在單個機(jī)器周期內(nèi)完成,從而極大的提到了運算速度。(三)線分開控制采用獨立的硬件乘法器,指令總線和數(shù)據(jù)總線分開控制,乘法指令在單周期內(nèi)完成,優(yōu)化卷積、數(shù)字濾波、快速傅里葉變換、離散余弦變換、矩陣運算等算法中的大量重復(fù)算法。(四)實時dsp的指令周期哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令,可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。快速的指令周期使得DSP芯片能夠?qū)崟r實現(xiàn)許多DSP應(yīng)用。可以預(yù)見,隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,工作頻率還將繼續(xù)提高,指令周期將進(jìn)一步縮短。(五)多個dsp芯片的并行處理隨著數(shù)字信號處理器DSP芯片的廣泛使用和DSP芯片價格的不斷降低,多個DSP芯片的并行處理已經(jīng)成為近年來的研究熱點,通過并行、串行和外存儲器等接口使多個芯片可以很方便的并行或串行工作以提高處理速度。三、dsp芯片在其他領(lǐng)域的應(yīng)用自從DSP誕生以來,DSP得到了飛速的發(fā)展。這一方面得益于集成電路的發(fā)展,另一方面也得益于巨大的市場。在短短的十多年時間,DSP芯片已經(jīng)在信號處理、通信、雷達(dá)等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。DSP芯片的應(yīng)用主要有:信號處理、通信、語音、圖像/圖形、軍事、儀器儀表、自動控制、醫(yī)療以及家用電器。四、fpga模塊單元DSP正不斷滿足人們?nèi)找嫣岣叩囊?逐漸朝向個人化和低功耗化方向發(fā)展,它的發(fā)展的前景是非?？捎^的。系統(tǒng)級集成DSP是潮流,將幾個DSP芯核,MPU芯核,專用處理單元,外圍電路單元,存儲單元都集成在一個芯片上,成為DSP系統(tǒng)級集成電路;可編程DSP是主導(dǎo)產(chǎn)品;DSP的內(nèi)核結(jié)構(gòu)加強(qiáng)改善;定點DSP是主流,定點運算的可編程DSP器件仍是市場上的主流產(chǎn)品;追求更高的運算速度還有進(jìn)一步降低功耗和芯片尺寸;與可編程器件結(jié)合,可在基站中用來實現(xiàn)高速處理功能,適應(yīng)無線通信和多媒體等領(lǐng)域多功能的需要。五、dsp的發(fā)展方向日臻成熟的DSP目前有許多需要改進(jìn)的地方,同時也面臨著挑戰(zhàn)。由于新的應(yīng)用程序發(fā)展速度驚人,提供的DSP必須在功率、性能和使用壽命上跟上這種速度,應(yīng)對當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn),并準(zhǔn)備好應(yīng)對未來的應(yīng)用。DSP的發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)也體現(xiàn)在CPU速度的急速增快和價格的持續(xù)下降,使DSP制造商面臨兩種選擇,一種是加快DSP的發(fā)展,另一種是退出競爭。各個制造商必須以多元化投資轉(zhuǎn)到單一化投資,確立以DSPS為主要發(fā)展的產(chǎn)品,即集所有技術(shù)、所有產(chǎn)品于DSP。DSP在各個領(lǐng)域日益增長的應(yīng)用帶動了DSP自身的發(fā)展,DSP在其它領(lǐng)域的潛力也是巨大的,在以后的發(fā)展中會以更加優(yōu)良的性能出現(xiàn)