dsp器件原理與應(yīng)用-01 緒論

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1、第1章緒論1.1.實(shí)時數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理（digitalsignalprocessing）涉及許多學(xué)科，被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。20世紀(jì)60年代以來，隨著計算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字信號處理技術(shù)得到了飛速發(fā)展。數(shù)字信號處理指以數(shù)字形式對信號進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。實(shí)時指的是系統(tǒng)必須在有限的時間內(nèi)對外部輸入信號完成指定的處理，即信號處理的速度必須大于等于輸入信號更新的速度（常見信號的典型數(shù)據(jù)率如圖1-1所示），而且從信號輸入到處理后輸出的延遲必須足夠小。圖1-1常見信號的典型數(shù)據(jù)率從圖中我們

2、可以看到，不同類型的信號所要求的實(shí)時信號處理速度相差很大，它與原始模擬信號帶寬以及數(shù)據(jù)格式等因素密切相關(guān)。數(shù)字信號處理器（DigitalSignalProcessor，DSP）芯片以數(shù)字器件特有的穩(wěn)定性、可重復(fù)性、可大規(guī)模集成，以及可編程性高和易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)處理等特點(diǎn)，給數(shù)字信號處理的發(fā)展帶來了巨大機(jī)遇，使信號處理手段更靈活，功能更復(fù)雜。隨著技術(shù)的進(jìn)步，DSP芯片的運(yùn)算能力不斷提高，功能越來越強(qiáng)大，使信號處理系統(tǒng)的研究重點(diǎn)又重新回到軟件算法上，并且由最初的非實(shí)時應(yīng)用轉(zhuǎn)向高速實(shí)時應(yīng)用。11.2.實(shí)時數(shù)字信號處理系統(tǒng)的構(gòu)成1.2.1.實(shí)時數(shù)字信號處理系統(tǒng)的構(gòu)

3、成圖1-2是一個完整的實(shí)時數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖，其中數(shù)字信號處理子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心。圖1-2實(shí)時數(shù)字信號處理系統(tǒng)1.2.2.數(shù)字信號處理子系統(tǒng)目前，數(shù)字信號處理子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法一般有以下幾種：1.在通用計算機(jī)系統(tǒng)中用軟件實(shí)現(xiàn)?不適合嵌入式應(yīng)用?速度相對較慢，不適合實(shí)時數(shù)字信號處理，一般只用于算法的模擬2.在通用計算機(jī)系統(tǒng)中用專用的處理模塊實(shí)現(xiàn)?不適合嵌入式應(yīng)用?專用處理模塊針對性強(qiáng)，缺乏靈活性，應(yīng)用受到很大限制3.用通用單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)?只適合一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號處理，不適合以乘加為主的運(yùn)算密集型算法4.用通用可編程DSP芯片實(shí)現(xiàn)?與單片機(jī)相比，DS

4、P芯片更適合于數(shù)字信號處理的軟件和硬件資源，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號處理5.用專用DSP芯片實(shí)現(xiàn)?專用芯片針對性強(qiáng)，缺乏靈活性，應(yīng)用受到很大限制6.用基于通用DSP內(nèi)核的ASIC實(shí)現(xiàn)上述幾種方法中，方法4由于其可編程性和強(qiáng)大的處理能力，在實(shí)時DSP領(lǐng)域居于主導(dǎo)地位。另外在批量應(yīng)用中，基于通用DSP內(nèi)核的ASIC由于較好的系統(tǒng)性價比在近年來得到了廣泛應(yīng)用。以可編程的DSP芯片為核心組成的應(yīng)用系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：2?能夠快速制造原理樣機(jī)和進(jìn)行驗(yàn)證，加快產(chǎn)品上市時間；?高度可編程性使產(chǎn)品能夠迅速應(yīng)用新算法、新標(biāo)準(zhǔn)或新協(xié)議；?可以通過軟件更新，快速地進(jìn)行產(chǎn)品升級。1.

5、2.3.以通用DSP為核心的實(shí)時數(shù)字信號處理子系統(tǒng)基于DSP的數(shù)字信號處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1-3所示。整個子系統(tǒng)一般由控制處理器、DSP芯片、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、存儲器和I/O接口構(gòu)成。圖1-3基于DSP芯片的數(shù)字信號處理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?控制處理器，完成系統(tǒng)控制功能（包括主機(jī)命令解釋、數(shù)據(jù)傳輸控制和數(shù)據(jù)I/O控制等功能。控制處理器可以用通用微處理器或DSP芯片獨(dú)立實(shí)現(xiàn)，也可以在圖1-3中的DSP模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)。?DSP芯片，完成實(shí)時信號處理算法。?數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)各個模塊之間的互連。?存儲器，數(shù)據(jù)存儲。?輸入/輸出接口，輸入待處理的數(shù)據(jù)或輸出處理結(jié)果。根據(jù)具體應(yīng)用的不

6、同，上述數(shù)字信號處理子系統(tǒng)的復(fù)雜程度會有很大的差異，設(shè)計和實(shí)現(xiàn)難度也千差萬別。31.3.DSP芯片1.3.1.DSP芯片概述1.3.1.1.DSP芯片的出現(xiàn)和發(fā)展微處理器自20世紀(jì)70年代出現(xiàn)以來，就一直沿著通用CPU、微控制器MCU（國內(nèi)通常稱為單片機(jī)）和DSP三個方向發(fā)展。在20世紀(jì)80年代以前，由于實(shí)現(xiàn)方法的制約，數(shù)字信號處理理論還得不到廣泛的應(yīng)用。直到20世紀(jì)70年代末80年代初，世界上第一片單片可編程DSP芯片的誕生，才將理論研究結(jié)果廣泛應(yīng)用到低成本的實(shí)際系統(tǒng)中，并且推動了新的理論和應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。可以毫不夸張地說，DSP芯片的誕生和發(fā)展對近2

7、0年來通信、計算機(jī)、控制等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展起到了十分重要的作用。在數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展的早期，是通過設(shè)計專用的硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理算法的。AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室在1968年就提出了數(shù)字濾波的硬件結(jié)構(gòu)。通過專用硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)的最大問題是缺乏靈活性。如何能夠在一個通用的平臺上高效地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法？對于這樣的通用平臺，需要滿足以下幾點(diǎn)要求：?用單一指令完成乘法及加法操作；?在讀/寫算術(shù)運(yùn)算單元的同時能夠進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算并修改地址指針；?能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行邏輯操作，并能根據(jù)邏輯操作的結(jié)構(gòu)改變操作流；?能夠根據(jù)存儲的程序完成相應(yīng)的操作。1978年，AMI公司發(fā)布了

8、S2811（SignalProcessingPeripheral）。S2811必