dsp技术原理及应用教程.pptx

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1、参考书参考书 (1)TMS320LF240 xDSP(1)TMS320LF240 xDSP硬件开发教程硬件开发教程,江思敏江思敏,机械工业机械工业出版社。出版社。(2)(2)TMS320LF240 xDSPTMS320LF240 xDSP应用程序设计教程应用程序设计教程,清源科技清源科技,机机械工业出版社。械工业出版社。(3)(3)TMS320LF240 xDSPTMS320LF240 xDSP结构、原理及应用结构、原理及应用,刘和平刘和平,北京北京 航空航天大学出版社航空航天大学出版社.(4)(4)TMS320LF/LC24TMS320LF/LC24系列系列DSPDSP的的CPUCPU与外设

2、与外设,徐科军等编徐科军等编译译,清华大学出版社。清华大学出版社。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第1页!学时学时：32理论理论+17实验实验考核：考核：考试（考试（70%）+平时成绩（平时成绩（10%）+实验成绩（实验成绩（20%）要求：要求：出勤、请假、作业、课堂纪律、实验报告出勤、请假、作业、课堂纪律、实验报告dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第2页!第第1 1章章 数字信号处理器数字信号处理器(DSP)DSP)综述综述1.1 1.1 什么是什么是DSP DSP DSPDSP-Digital Signal Processor(-Digital Signal

3、Processor(数字信号处理器数字信号处理器)特别适合于特别适合于实现各种数字信号处理运算实现各种数字信号处理运算的的微处理器微处理器。数。数字信号处理技术过去受集成电路技术和数字化器件字信号处理技术过去受集成电路技术和数字化器件发展水平限制，只限于理论概念的讲授和仿真。发展水平限制，只限于理论概念的讲授和仿真。早期早期在计算机上仿真，算法实现。在计算机上仿真，算法实现。现在现在在在DSPDSP上实时处理上实时处理DSPDSP也可是也可是Digital Signal ProcessnigDigital Signal Processnig（数字信号处（数字信号处理）的缩写，理）的缩写，国内常

4、用国内常用DSPDSP代表数字信号处理器代表数字信号处理器。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第3页!但由于当时的但由于当时的计算机技术和数字电路技术发展水平的计算机技术和数字电路技术发展水平的限制，限制，FFTFFT应用受到限制应用受到限制。2020世纪世纪7070年代，由于年代，由于集成电路技术集成电路技术的发展，使用硬件的发展，使用硬件实现实现FFTFFT和数字滤波的算法成为可能。和数字滤波的算法成为可能。19781978年年，AMIAMI公司公司宣布个宣布个DSPDSP问世，但人们一般认为，问世，但人们一般认为，2020世纪世纪7070年代后期推出的年代后期推出的Inte

5、l 2920Intel 2920才是片具有独才是片具有独立结构的立结构的DSPDSP。19811981年，美国德州仪器（年，美国德州仪器（TITI）公司研制出了著名的）公司研制出了著名的TMS320TMS320系列系列的的首片首片低成本、高性能的低成本、高性能的DSPDSPTMS320TMS320C10C10。使。使DSPDSP技术向前跨出了意义重大的一步。技术向前跨出了意义重大的一步。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第4页!随着随着DSPDSP的处理速度越来越快，功耗也随越大，特别是的处理速度越来越快，功耗也随越大，特别是在在电池供电的电池供电的便携式便携式及及嵌入式嵌入式小

6、型或微型设备小型或微型设备中中的大量使用，都迫切要求的大量使用，都迫切要求DSPDSP在提高工作性能的同在提高工作性能的同时，降低工作电压，减少功耗。为此，各时，降低工作电压，减少功耗。为此，各DSPDSP厂家厂家积极研制并陆续推出多种积极研制并陆续推出多种低电压、低功耗低电压、低功耗芯片。芯片。例如，例如，TITI公司公司的的TMS320VC5416TMS320VC5416，内核工作电压只有，内核工作电压只有1.5V1.5V，有的，有的DSPDSP设置了多种节能等待状态。设置了多种节能等待状态。低电压低电压和和低功耗低功耗已成为已成为DSPDSP的的重要技术指标之一重要技术指标之一。dsp技

7、术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第5页!1.3 DSP1.3 DSP的应用的应用 诞生以来，已被广泛地应用在各个领域。当今的诞生以来，已被广泛地应用在各个领域。当今的DSPDSP应应用市场上，用市场上，通信设备和网络、多媒体技术通信设备和网络、多媒体技术等是最大等是最大的用户。从的用户。从DSPDSP的一个的一个最典型的应用手机最典型的应用手机，就可见，就可见DSPDSP的应用市场之大。的应用市场之大。主要应用：主要应用：（1 1）数字信号处理运算：数字信号处理运算：快速傅立叶变换（快速傅立叶变换（FFTFFT），），卷积，数字滤波，自适应滤波，相关，模式匹配，卷积，数字滤波，自适应滤

8、波，相关，模式匹配，加密等。加密等。（2 2）通信：通信：调制解调器，自适应均衡，数据加密，数调制解调器，自适应均衡，数据加密，数据压缩，扩频通信，纠错编码，传真，可视电话等。据压缩，扩频通信，纠错编码，传真，可视电话等。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第6页!（6 6）激光打印机、扫描仪和复印机激光打印机、扫描仪和复印机：DSPDSP不仅仅是控不仅仅是控制，还有繁重的数字信号处理任务，如制，还有繁重的数字信号处理任务，如字符识别、字符识别、图像增强、色彩调整图像增强、色彩调整等。等。（7 7）自动测试诊断设备及智能仪器仪表、虚拟仪器自动测试诊断设备及智能仪器仪表、虚拟仪器：现

9、代电子系统设备中，有近现代电子系统设备中，有近6060的设备及资金是用的设备及资金是用于测试设备，自动测试设备集高速数据采集、传输、于测试设备，自动测试设备集高速数据采集、传输、存储、实时处理于一体，是存储、实时处理于一体，是DSPDSP又一广阔应用领域。又一广阔应用领域。（8 8）图像处理：图像处理：二维、三维图形处理，图像压缩、传二维、三维图形处理，图像压缩、传输与增强，动画，机器人视觉，模式识别输与增强，动画，机器人视觉，模式识别等。等。（9 9）军事：军事：保密通信，雷达处理，导航，导弹制导。保密通信，雷达处理，导航，导弹制导。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第7页!（

10、1313）汽车：汽车：防滑刹车，引擎控制，伺服控制，振动防滑刹车，引擎控制，伺服控制，振动分析，安全气囊的控制器，视像地图等。分析，安全气囊的控制器，视像地图等。一辆现代一辆现代的高级轿车上的高级轿车上，有，有3030多处多处电子控制设备上用到了电子控制设备上用到了DSPDSP技术。技术。（1414）多媒体个人数字化产品多媒体个人数字化产品：数码相机，：数码相机，MP3MP3，掌上，掌上电脑，电子辞典，数码录音笔，数码复读机等。电脑，电子辞典，数码录音笔，数码复读机等。1.4 DSP1.4 DSP与单片机、嵌入式微处理器的区别与单片机、嵌入式微处理器的区别DSP DSP、单片机以及嵌入式微处理

11、器都是嵌入式家族的、单片机以及嵌入式微处理器都是嵌入式家族的一员。一员。最大区别最大区别是是DSPDSP能够高速、实时地进行数字信号处理运能够高速、实时地进行数字信号处理运算。算。数字信号处理运算的特点数字信号处理运算的特点是乘是乘/加及反复相乘加及反复相乘dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第8页!高高速速数数据据的的传传输输能能力力是是DSPDSP高高速速实实时时处处理理的的关关键键之之一一。新新型型的的DSPDSP设设置置了了单单独独的的DMADMA总总线线及及其其控控制制器器，在在不不影影响响或或基基本本不不影影响响DSPDSP处处理理速速度度的的情情况况下下，作作并并行行

12、的的数数据据传传送送，传传送送速速率率可可达达每每秒秒百百兆兆字字节节。DSPDSP内内部部有有流流水水线线，它它在在指指令令并并行行、功功能能单单元元并并行行、多多总总线线、时钟频率提高等方面不断创新和改进。时钟频率提高等方面不断创新和改进。因因此此，DSPDSP与与单单片片机机、嵌嵌入入式式微微处处理理器器相相比比，在在内内部部功功能能单单元元并并行行、多多DSPDSP核核并并行行、速速度度快快、功功耗耗小小、完完成各种成各种DSPDSP算法算法方面尤为突出。方面尤为突出。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第9页!嵌嵌入入式式微微处处理理器器的的基基础础是是通通用用计计算算机

13、机中中的的CPUCPU（微微处处理理器器），是是嵌嵌入入式式系系统统的的核核心心。为为满满足足嵌嵌入入式式应应用用的的特殊要求，特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微微处处理理器器基基本本是是一一样样的的，但但在在工工作作温温度度、抗抗电电磁磁干干扰扰、可可靠靠性性等等方方面面一一般般都都做做了了各各种种增增强强。与与工工业业控控制制计计算算机机相相比比，嵌嵌入入式式微微处处理理器器具具有有体体积积小小、质质量量轻轻、成成本本低低、可可靠靠性性高高的的优优点点，但但是是在在电电路路板板上上必必须须包包括括ROMROM、RAMRAM、总总线线接接口口、各各种

14、种外外设设等等器器件件，从从而而降降低了系统的可靠性，技术保密性也较差低了系统的可靠性，技术保密性也较差。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第10页!1.5 DSP1.5 DSP的基本结构及主要特征的基本结构及主要特征DSPDSP是一种具有特殊结构的微处理器，为了达到快速进是一种具有特殊结构的微处理器，为了达到快速进行数字信号处理的目的，行数字信号处理的目的，DSPDSP的的总线结构大都采用了总线结构大都采用了程序程序和和数据数据分开的形式，分开的形式，并具有并具有流水线操作流水线操作的功能，的功能，单周期完成乘法的硬件乘法器以及一套适合数字信单周期完成乘法的硬件乘法器以及一套适

15、合数字信号处理运算的号处理运算的指令集指令集。DSPDSP的的基本结构基本结构及及主要特征主要特征如下。如下。1 1程序和数据分开的程序和数据分开的哈佛结构哈佛结构就是将程序和数据存储在两个不同的存储空间中。就是将程序和数据存储在两个不同的存储空间中。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第11页!在哈佛结构中，由于程序存储器和数据存储器在哈佛结构中，由于程序存储器和数据存储器分开，即每个存储器空间独立编址、独立访问分开，即每个存储器空间独立编址、独立访问，并，并具有独立的程序总线和数据总线，取指令具有独立的程序总线和数据总线，取指令执行指令能完全重叠进行。执行指令能完全重叠进行。d

16、sp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第12页!2 2流水线操作流水线操作由于由于DSPDSP芯片采用多组总线结构，允许芯片采用多组总线结构，允许CPUCPU同时进行指同时进行指令和数据的访问。因此，可执行令和数据的访问。因此，可执行流水线流水线操作。操作。执行一条指令，执行一条指令，要要经过经过取指、译码、取数、执行取指、译码、取数、执行运算，运算，需要若干个指令周期才能完成。需要若干个指令周期才能完成。流水线技术是将各流水线技术是将各个步骤重叠起来进行个步骤重叠起来进行。即条指令取指、译码时，第。即条指令取指、译码时，第二条指令取指；条指令取数时，第二条指令译码，二条指令取指；条指

17、令取数时，第二条指令译码，第三条指令取指，依次类推。第三条指令取指，依次类推。例如，例如，LF240 xLF240 x就可以实现就可以实现4 4级流水线操作级流水线操作（图（图1.11.1）。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第13页!3.3.专门的硬件乘法器和乘加指令专门的硬件乘法器和乘加指令MACMAC在数字信号处理的算法中，大量的运算是乘法和累加，在数字信号处理的算法中，大量的运算是乘法和累加，乘法和累加乘法和累加要占用绝大部分的处理时间。要占用绝大部分的处理时间。例如，例如，数字滤波、卷积、相关、向量和矩阵运算中，数字滤波、卷积、相关、向量和矩阵运算中，有大量的有大量的乘

18、法和累加乘法和累加运算。运算。个人计算机：个人计算机：计算乘法需要多个周期用软件实现，计算乘法需要多个周期用软件实现，DSPDSP：设置了设置了硬件乘法器硬件乘法器以及以及乘加指令乘加指令MACMAC，在，在单周期单周期内取两个操作数一次完成乘加运算。内取两个操作数一次完成乘加运算。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第14页!5.5.丰富的片内存储器件和灵活的寻址方式丰富的片内存储器件和灵活的寻址方式片内集成片内集成FlashFlash和和双口双口RAMRAM，通过通过片内总线片内总线访问这些存储访问这些存储空间，因此空间，因此不存在总线竞争和速度匹配问题不存在总线竞争和速度匹配

19、问题，从而大，从而大大提高了数据的读大提高了数据的读/写速度。写速度。6.6.独立的直接存储器访问独立的直接存储器访问(DMA)(DMA)总线及其控制器总线及其控制器 DSP DSP为为DMADMA单独设置了完全独立的总线和控制器单独设置了完全独立的总线和控制器 7.7.高速的指令运行周期高速的指令运行周期采用上述措施，采用上述措施，DSPDSP指令周期指令周期可为可为几十几十nsns至几至几nsns，甚至甚至1ns1ns以下以下。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第15页!浮点浮点DSPDSP芯片芯片按照浮点的数据格式进行工作，其按照浮点的数据格式进行工作，其数据长度通常为数据

20、长度通常为3232位、位、4040位位。由于浮点数的。由于浮点数的数数据表示动态范围宽据表示动态范围宽，运算中，运算中不必顾及小数点不必顾及小数点的的位置，因此开发较容易。但它的位置，因此开发较容易。但它的硬件结构相对硬件结构相对复杂、功耗较大复杂、功耗较大，且比定点，且比定点DSPDSP芯片的芯片的价格高价格高。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第16页!1.1.时钟频率时钟频率要要考虑两个方面考虑两个方面：一是一是DSPDSP内部工作主频内部工作主频，真正的工作频率真正的工作频率。一般是内。一般是内部主频越高，部主频越高，DSPDSP的数据处理速度越快。的数据处理速度越快。另

21、一个是另一个是DSPDSP的外部时钟频率的外部时钟频率，这是，这是DSPDSP片外所加的实片外所加的实际时钟频率，这个时钟频率际时钟频率，这个时钟频率一般要经过一般要经过DSPDSP内部的内部的锁相环倍频至锁相环倍频至DSPDSP的内部工作主频的内部工作主频。外部时钟频率。外部时钟频率低有利于减少外部电路间的干扰，使低有利于减少外部电路间的干扰，使PCBPCB布线容易。布线容易。所以一般是所以一般是外部时钟频率低外部时钟频率低（减少干扰），（减少干扰），内部时内部时钟频率高钟频率高（提高处理速度）。（提高处理速度）。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第17页!例如例如，TMS32

22、0LF2407ATMS320LF2407A的的MIPSMIPS为为40MIPS40MIPS，其机，其机器周期为器周期为25ns25ns。4.MOPS4.MOPSMillions of Operation Per SecondMillions of Operation Per Second每秒执每秒执行的百万条操作行的百万条操作。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第18页!上述的有关衡量上述的有关衡量DSPDSP运算速度的指标，运算速度的指标，均以程序、数均以程序、数据都在据都在DSPDSP内部，内部，DSPDSP全速运行全速运行的结果。的结果。实际上，实际上，当程序、数据有一部分

23、在当程序、数据有一部分在DSPDSP片外时，片外时，尤其尤其是存储器的速度跟不上是存储器的速度跟不上DSPDSP速度要求时，速度要求时，DSPDSP处理速处理速度就不得不降下来。度就不得不降下来。1.7 1.7 如何选择如何选择DSPDSP并不存在最好的并不存在最好的DSPDSP，正确的，正确的DSPDSP选择取决于具体的应选择取决于具体的应用场合。用场合。没有任何没有任何DSPDSP能够满足所有的，或者大多能够满足所有的，或者大多数应用的需要数应用的需要。对于一种应用来说是好的选择，对。对于一种应用来说是好的选择，对另外的应用则可能是很差的选择。另外的应用则可能是很差的选择。dsp技术原理及

24、应用教程共42页，您现在浏览的是第19页!1.1.如何选择数据格式如何选择数据格式数据处理运算的格式分为数据处理运算的格式分为定点格式定点格式和和浮点格式浮点格式。大多数大多数DSPDSP使用定点运算。有的使用定点运算。有的DSPDSP使用浮点运算。使用浮点运算。浮点运算的浮点运算的灵活性灵活性和和数据的动态范围数据的动态范围都比较大，都比较大，比较比较容易编程。容易编程。因为浮点因为浮点DSPDSP电路更复杂，芯片也更大，电路更复杂，芯片也更大，所以所以成本成本和和功耗功耗也就比较大。也就比较大。但在很多情况下，不需要关注数据的动态范围和精度但在很多情况下，不需要关注数据的动态范围和精度。可

25、考虑使用定点可考虑使用定点DSPDSP。大多数批量生产的产品使用定。大多数批量生产的产品使用定点点DSPDSP，主要考虑其成本和功耗低。，主要考虑其成本和功耗低。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第20页!3.3.速度速度有多种方法来衡量有多种方法来衡量DSPDSP的速度，的速度，最基本的是指令周期最基本的是指令周期，即用即用MIPSMIPS每秒执行多少百万条指令。但问题是：每秒执行多少百万条指令。但问题是：不同的不同的DSPDSP在单个周期所完成的工作是大不相同。在单个周期所完成的工作是大不相同。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第21页!6.6.功耗和电源管理功

26、耗和电源管理越来越多的越来越多的DSPDSP用于用于电池供电电池供电的便携式应用（如的便携式应用（如手机、便携式播放器等），希望功耗越小越手机、便携式播放器等），希望功耗越小越好的同时，又要求有很高的处理速度。但好的同时，又要求有很高的处理速度。但DSPDSP的的功耗功耗与与速度速度是成正比是成正比的，速度越高，相应的，速度越高，相应的功耗越大，目前，许多的功耗越大，目前，许多DSPDSP厂商厂商都降低了都降低了DSPDSP的供电电压，加强了电源管理功能。的供电电压，加强了电源管理功能。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第22页!由于由于DSPDSP具有：具有：（1 1）丰富的硬

27、件资源、（）丰富的硬件资源、（2 2）改进的并行结构、（）改进的并行结构、（3 3）高速的数据处理能力和功能强大的指令系统，高速的数据处理能力和功能强大的指令系统，已成为已成为世界半导体产业世界半导体产业中紧随中紧随微处理器微处理器与与微控制器微控制器（单片机）之后的（单片机）之后的又一个热点又一个热点在在通信、航空、航天、机器人、工业自动化、自动控通信、航空、航天、机器人、工业自动化、自动控制、网络及家电制、网络及家电 广泛的应用。广泛的应用。1.2 DSP1.2 DSP技术的发展及现状技术的发展及现状 19651965年，年，快速傅立叶算法（快速傅立叶算法（FFTFFT），），使傅立叶分析

28、的速使傅立叶分析的速度提高了数百倍，为数字信号处理的应用度提高了数百倍，为数字信号处理的应用奠定基础奠定基础。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第23页!DSPDSP主要厂商：主要厂商：美国美国TITI、ADIADI、MotorolaMotorola、ZilogZilog等公等公司。司。TITI公司公司位居榜首，占全球位居榜首，占全球DSPDSP市场约市场约6060左右左右。尽管当前的尽管当前的DSPDSP技术已达到较高的水平，但在一些技术已达到较高的水平，但在一些实实时性要求很高时性要求很高的场合，单片的场合，单片DSPDSP的处理能力还是不能满的处理能力还是不能满足要求。因此

29、，足要求。因此，多总线多总线、多流水线多流水线和和多处理器多处理器并行并行就成就成为提高系统性能的重要途径之一。为提高系统性能的重要途径之一。许多公司在提高单片性能的同时，在结构上为多处理许多公司在提高单片性能的同时，在结构上为多处理器的器的并行应用并行应用提供方便。提供方便。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第24页!在在DSPDSP芯片向着高性能、高速、低功耗方向发展芯片向着高性能、高速、低功耗方向发展的同时，的同时，数字信号处理理论也在不断地发展。数字信号处理理论也在不断地发展。(1)(1)自适应滤波、卡尔曼滤波、同态滤波等理论自适应滤波、卡尔曼滤波、同态滤波等理论逐步成熟

30、和应用，以及各种快速算法。逐步成熟和应用，以及各种快速算法。(2)(2)声音与图像的压缩编码、识别与鉴别。声音与图像的压缩编码、识别与鉴别。(3)(3)加密解密，调制解调，信道辨别与均衡，智加密解密，调制解调，信道辨别与均衡，智能天线，频谱分析能天线，频谱分析等算法。等算法。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第25页!（3 3）网络控制及传输设备网络控制及传输设备：网络功能和性能的不断提：网络功能和性能的不断提高，如高，如视频信箱、交互式电视视频信箱、交互式电视等，要求更宽、更灵等，要求更宽、更灵活的传输带宽，实时传输和处理数据的活的传输带宽，实时传输和处理数据的网络控制器、网络

31、控制器、网络服务器网络服务器和和网关网关都需要都需要DSPDSP的支持。的支持。（4 4）语音处理语音处理：语音编码，语音合成，语音识别，语语音编码，语音合成，语音识别，语音邮件，语音存储音邮件，语音存储等。等。（5 5）电机和机器人控制电机和机器人控制：在单片内集成多个：在单片内集成多个DSPDSP处理处理器，可采用先进的神经网络和模糊逻辑控制等人工器，可采用先进的神经网络和模糊逻辑控制等人工智能算法。智能算法。机器人智能的视觉、听觉和四肢的灵活机器人智能的视觉、听觉和四肢的灵活运动运动必须有必须有DSPDSP技术支持。技术支持。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第26页!如如

32、机载空机载空-空导弹空导弹，内装有，内装有红外探测仪红外探测仪和和相应的相应的DSPDSP处理处理部分部分，完成目标的自动锁定与跟踪，完成目标的自动锁定与跟踪，战斗机上的战斗机上的目视目视瞄准器瞄准器和和步兵头盔式微光仪步兵头盔式微光仪，需要，需要DSPDSP完成图像滤波完成图像滤波与增强，智能化目标的搜索、捕获。与增强，智能化目标的搜索、捕获。（1010）自动控制自动控制：机器人控制，磁盘控制，自动驾驶，：机器人控制，磁盘控制，自动驾驶，声控，发动机控制等。声控，发动机控制等。（1111）医疗仪器医疗仪器：助听，诊断工具，超声仪，：助听，诊断工具，超声仪，CTCT，核磁，核磁共振。共振。（1

33、212）家用电器家用电器：数字电话，数字电视，音乐合成，音：数字电话，数字电视，音乐合成，音调控制，玩具与游戏，高保真音响，数字收音机、数调控制，玩具与游戏，高保真音响，数字收音机、数字电视等。字电视等。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第27页!求和（乘积累加）。求和（乘积累加）。为了能快速地进行数字信号处理的运算为了能快速地进行数字信号处理的运算，（1 1）DSPDSP设置了设置了硬件乘法硬件乘法/累加器累加器，（2 2）能在）能在单个指令周期内完成乘单个指令周期内完成乘/加运算加运算。（3 3）为满足）为满足FFTFFT、卷积等数字信号处理的特殊要求，、卷积等数字信号处理的

34、特殊要求，目前目前DSPDSP大多在指令系统中设置了大多在指令系统中设置了“循环寻址循环寻址”及及“位倒序位倒序”寻址指令寻址指令和其他和其他特殊指令特殊指令，使得寻址、排，使得寻址、排序的速度大大提高。序的速度大大提高。DSPDSP完成完成10241024复点复点FFTFFT的运算，的运算，所需时间仅为微秒量级。所需时间仅为微秒量级。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第28页!单单片片机机也也称称微微控控制制器器或或嵌嵌入入式式控控制制器器，它它是是为为中中、低低成成本本控控制制领领域域而而设设计计和和开开发发的的。单单片片机机的的位位控控能能力力强强，I/OI/O接接口口种种

35、类类繁繁多多，片片内内外外设设和和控控制制功功能能丰丰富富、价价格格低低、使使用用方方便便，但但与与DSPDSP相相比比，处处理理速速度度较较慢慢。DSPDSP具具有有的的高高速速并并行行结结构构及及指指令令、多多总总线线，单单片片机机却却没没有有。DSPDSP处处理理的的算算法法的的复复杂杂度度和和大大的的数数据据处处理理流流量量更是单片机不可企及的。更是单片机不可企及的。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第29页!DSPDSP、单单片片机机以以及及嵌嵌入入式式微微处处理理器器三三者者各各有有所所长长，技技术术的的发发展展使使得得DSPDSP、单单片片机机、嵌嵌入入式式微微处处

36、理理器器相互借鉴对方的优点，互相取长补短相互借鉴对方的优点，互相取长补短。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第30页!程序存储器空间和数据存储器空间分别独立编址。程序存储器空间和数据存储器空间分别独立编址。传统的冯传统的冯.诺依曼结构诺依曼结构是程序存储器和数据存储器共用是程序存储器和数据存储器共用一个公共的存储空间和单一的地址和数据总线一个公共的存储空间和单一的地址和数据总线，程，程序和数据都从同一数据线输出，序和数据都从同一数据线输出，依靠依靠指令计数器指令计数器中中提供的地址提供的地址来区分来区分是指令、数据还是地址。是指令、数据还是地址。取指令取指令和和取数据取数据都访问

37、同一存储器空间、使用同一数据线，都访问同一存储器空间、使用同一数据线，所以读程序和取指令不能同时进行，数据的吞吐率所以读程序和取指令不能同时进行，数据的吞吐率低。低。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第31页!现在的现在的DSPDSP普遍采用普遍采用改进的哈佛结构改进的哈佛结构，其，其结构、特点结构、特点如下：如下：（1 1）允许数据存放在程序存储器中，）允许数据存放在程序存储器中，并被算术指令并被算术指令运算指令直接使用运算指令直接使用，增强了灵活性。，增强了灵活性。（2 2）指令存储在指令存储在高速缓冲器高速缓冲器(Cache)(Cache)中，当执行本指中，当执行本指令时，

38、不需要再从存储器中读取指令，令时，不需要再从存储器中读取指令，节省一个机节省一个机器周期的时间器周期的时间。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第32页!dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第33页!4.4.特殊的指令特殊的指令指令系统中，专为实现数字信号处理的指令系统中，专为实现数字信号处理的算法算法设设置了置了专门的特殊指令专门的特殊指令。例如例如:DMOVDMOV指令指令，把指令的数据复制到该地址加，把指令的数据复制到该地址加1 1的地址中，原单元的内容不变，即数据移位，的地址中，原单元的内容不变，即数据移位，相当于数字信号处理中的延迟，例如相当于数字信号处理中的

39、延迟，例如x(n)x(n)的的延迟为延迟为x(n-1)x(n-1)。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第34页!1.6 DSP1.6 DSP的分类及主要技术指标的分类及主要技术指标1.6.1 DSP1.6.1 DSP的分类的分类DSPDSP一般按以下三种方式分类。一般按以下三种方式分类。1.1.按数据格式分按数据格式分可分为可分为定点芯片定点芯片和和浮点芯片浮点芯片两种。两种。定点定点DSPDSP芯片芯片按照按照定点的数据格式定点的数据格式进行工作，其数据长进行工作，其数据长度通常为度通常为1616位、位、2424位、位、3232位位。定点定点DSPDSP的特点的特点：体积小、成

40、本低、功耗小、对存储器：体积小、成本低、功耗小、对存储器的要求不高；但的要求不高；但数值表示范围较窄数值表示范围较窄，必须使用定点，必须使用定点定标的方法，并要防止结果的溢出。定标的方法，并要防止结果的溢出。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第35页!2.2.按照用途分类按照用途分类DSPDSP按照用途分类可分为：按照用途分类可分为：通用型通用型和和专用型专用型。通用型：通用型：适用于普通的数字信号处理应用。适用于普通的数字信号处理应用。专用型：专用型：适用于不同的数字信号处理运算或特定的适用于不同的数字信号处理运算或特定的应用场合。应用场合。例如例如，数字卷积、数字滤波、，数字

41、卷积、数字滤波、FFTFFT等。等。1.6.2 DSP1.6.2 DSP的主要技术指标的主要技术指标种类繁多，结构差别大，种类繁多，结构差别大，不同厂商的产品指标甚至不不同厂商的产品指标甚至不具备可比性具备可比性，因此，下述技术指标只是从不同角度，因此，下述技术指标只是从不同角度描述了描述了DSPDSP的的处理能力处理能力或或技术性能技术性能，仅作为系统设计，仅作为系统设计时的一种参考。时的一种参考。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第36页!2.2.机器周期机器周期执行一条指令所需要的时间执行一条指令所需要的时间。DSPDSP的的大部分指令是单大部分指令是单周期指令周期指令，即

42、执行时间为一个机器周期。它也从，即执行时间为一个机器周期。它也从一个方面反映了一个方面反映了DSPDSP的数据处理速度。的数据处理速度。3.MIPS 3.MIPS 目前，最通常使用的是目前，最通常使用的是MIPSMIPS（Millions of Millions of Instruction Per SecondInstruction Per Second），），即即每秒执行的百万每秒执行的百万条指令条指令。它综合了时钟频率、。它综合了时钟频率、DSPDSP并行度、机器并行度、机器周期等描述周期等描述DSPDSP处理速度的指标。处理速度的指标。可从可从MIPSMIPS来计算机器周期：来计算机器

43、周期：dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第37页!5.MFLOPS5.MFLOPSMillions of Float Operation Per SecondMillions of Float Operation Per Second每秒执行的百万次浮点运算每秒执行的百万次浮点运算。6.MACS6.MACSMACSMACS是指是指DSPDSP在在1 1秒内完成乘累加运算的次数秒内完成乘累加运算的次数。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第38页!DSPDSP类应用：类应用：采用专门的采用专门的复杂算法来处理大量数据复杂算法来处理大量数据。以。以声纳声纳和和地震探矿地震

44、探矿为例，算法非常复杂，产品的设计为例，算法非常复杂，产品的设计工作量很大，也更复杂。因此设计者希望使用性能工作量很大，也更复杂。因此设计者希望使用性能最高的、最容易使用的、能支持多处理器配置的方最高的、最容易使用的、能支持多处理器配置的方案。案。DSPDSP第二类应用第二类应用：大量便宜的嵌入式系统，如手机、硬大量便宜的嵌入式系统，如手机、硬盘和光盘驱动器（用于伺服控制）和便携式播放器盘和光盘驱动器（用于伺服控制）和便携式播放器。在这些应用中，在这些应用中，成本成本和和集成集成是极为重要的。对是极为重要的。对便携便携式式的以电池供电的产品，的以电池供电的产品，功耗功耗也极为重要。也极为重要。

45、dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第39页!2.2.数据宽度数据宽度所有所有浮点浮点DSPDSP为为3232位位，大多数，大多数定点定点DSPDSP是是1616位位，但有的，但有的也使用也使用2020、2424、3232位数据字。位数据字。数据字的长短是影响成本的重要因素数据字的长短是影响成本的重要因素，因为它极大地，因为它极大地影响芯片的大小、引脚数以及影响芯片的大小、引脚数以及DSPDSP的片外存储器的大的片外存储器的大小。小。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第40页!4.4.存储器的安排存储器的安排应关注应关注双访问存储器双访问存储器（DARAMDARAM）

46、的单元多少、哈佛结的单元多少、哈佛结构、高速缓存、存储空间的大小。构、高速缓存、存储空间的大小。5.5.开发的难易程度开发的难易程度为减少产品成本，可使用比较便宜的开发工具。为减少产品成本，可使用比较便宜的开发工具。使用使用何种语言编程何种语言编程，C C语言、汇编语言等。使用语言、汇编语言等。使用C C编写编写用的较多，对用的较多，对实时性要求高实时性要求高的程序，仍用汇编语言的程序，仍用汇编语言编写。也有编写。也有C C语言和汇编语言混合编程的。语言和汇编语言混合编程的。消费类产品消费类产品，由于成本限制，由于成本限制，不一定要使用高性能的不一定要使用高性能的DSPDSP。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第41页!8.8.器件的封装器件的封装决定决定DSPDSP价格价格的主要因素之一是器件封装。一般的主要因素之一是器件封装。一般一种芯片会有几种封装形式。用户可根据需要一种芯片会有几种封装形式。用户可根据需要来选用。来选用。dsp技术原理及应用教程共42页，您现在浏览的是第42页!