DSP详细版简答题

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1、详细版 1.数字信号处理算法一般的实现方法有哪些？（详见课本P2） (1)在通用的微机上用软件实现。这种方法速度慢，不便于实时完成，适于教学与仿真研究，如MATLAB 几乎可以实现所有数字信 号处理算法的仿真。 (2)利用特殊用途的DSP 芯片来实现。 如用于 FFT 运算， FIR 滤波的专用芯片， 其特点是速度快， 可用于速度高、 实时处理的场合， 缺点是灵活性差。 (3)利用专门用于信号处理的通用DSP 芯片来实现。 通用 DSP 芯片以高速计算为目标进行芯片设计，如采用改进的哈佛结构、部有 硬件乘法器、使用流水线结构、具有良好的并行性，并具有专门适于数字信号处理的指令，既具有灵活性，又

2、具有一定的处理 能力和处理速度。DSP 芯片的问世及飞速发展，为数字信号技术应用于工程实际提供了可能。 (4)用 FPGA/CPLD用户可编程器件来实现。和使用专用DSP 芯片一样， 该方法也是利用硬件完成数字信号处理，其特点是速度快， 但无软件可编程能力、无自适应信号处理能力，只适用于某单一运算。 关于什么是FPGA？FPGA(Field Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列，它是在 PAL、GAL 、EPLD 等可编程器件的基础上进一步发 展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门

3、电路 数有限的缺点。 FPGA 的使用非常灵活，同一片FPGA 通过不同的编程数据可以产生不同的电路功能。FPGA 在通信、数据处理、网络、 仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。随着功耗和成本的进一步降低，FPGA 还将进入更多的应用领域。 2.什么是可编程DSP 芯片？它有什么特点？ 采用 FPGA 实现的 DSP 可以并行或顺序工作。在并行工作方面，FPGA 与 ASIC 相当，优于 DSP 处理器。而在顺序执行方面，FPGA 也优于 DSP 处理器 ,因为 FPGA 中可以使用各种状态机或使用嵌入式微处理器来完成，且每一顺序工作的时钟周期中都能同时并行完 成许多执行。

4、就灵活性而言，FPGA 的灵活性远胜于ASIC 和 DSP 处理器。 3.诺依曼结构和哈佛结构有什么不同？ .诺依曼结构，其程序代码和数据共用一个公共存储空间，单一的地址总线和数据总线。 哈佛结构，将程序代码和数据的存储空间分开，各有自己独立的地址总线和数据总线。 显然，采用哈佛结构的好处是可以并行地进行指令和数据的处理，从而大大提高数字信号处理器的运算速度。 4.设计 DSP 应用系统时，如何选择合适的芯片？（详见附加文档） DSP 芯片的选择应根据实际的应用系统需要而确定。一般来说，选择DSP 芯片时应考虑到如下诸多因素。 运算量大小 1DSP 芯片的运算速度。运算速度是DSP 芯片的一个

5、最重要的性能指标，也是选择DSP 芯 片时所需要考虑的一个主要因素。DSP芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来衡量： (1) 指令周期：即执行一条指令所需的时间，通常以ns（纳秒）为单位 (2) MAC 时间：即一次乘法加上一次加法的时间。 (3) FFT 执行时间： 即运行一个N 点 FFT 程序所需的时间。 由于 FFT 运算涉及的运算在数字信号处理中很有代表性，因此 FFT 运算时间常 作为衡量 DSP 芯片运算能力的一个指标； (4) MIPS：即每秒执行百万条指令。 (5) MOPS：即每秒执行百万次操作。 (6) MFLOPS：即每秒执行百万次浮点操作。 (7) BOPS：即每秒

6、执行十亿次操作。如TMS320C80的处理能力为2 BOPS。 2DSP 芯片的价格。 DSP 芯片的价格也是选择DSP芯片所需考虑的一个重要因素。如果采 用价格昂贵的DSP 芯片，即使性能再高，其应用围肯定会受到一定的限制，尤其是民用 产品。因此根据实际系统的应用情况，需确定一个价格适中的DSP 芯片。 3DSP 芯片的硬件资源。不同的DSP 芯片所提供的硬件资源是不相同的，如片RAM、RO M 的数量，外部可扩展的程序和数据空间，总线接口，I/O接口等。即使是同一系列的DS P芯片（如 TI 的 TMS320C54X 系列） ，系列中不同DSP 芯片也具有不同的部硬件资源，可 以适应不同的

7、需要。 4DSP 芯片的运算精度。5DSP芯片的开发工具。在选择DSP 芯片的同时必 须注意其开发工具的支持情况，包括软件和硬件的开发工具。 6DSP 芯片的功耗。目前，3.3V 供电的低功耗高速DSP 芯片已大量使用。 7其他。除了上述因素外，选择DSP 芯片还应考虑到封装的形式、质量标准、供货情况 、生命周期等。 在上述诸多因素中，一般而言，定点DSP 芯片的价格较便宜，功耗较低，但运算精度稍低 。而浮点 DSP 芯片的优点是运算精度高，且C 语言编程调试方便，但价格稍贵，功耗也较 大。例如 TI 的 TMS320C2XX/C54X 系列属于定点DSP 芯片，低功耗和低成本是其主要的特点

8、。而 TMS320C3X/C4X/C67X属于浮点 DSP 芯片，运算精度高，用C 语言编程方便，开发周期 短，但同时其价格和功耗也相对较高。 5.简述设计 DSP 应用系统的一般设计过程。 （详见附加文档） (1)首先必须根据应用系统的目标确定系统的性能指标、信号处理的要求。 (2)第二步是根据系统的要求进行高级语言的模拟。在这一步确定最佳的处理方法，即数字信号处理的算法（Algorithm ） ，因此这一 步也称算法模拟阶段。 (3)接下来就可以设计实时DSP 系统，实时DSP 系统的设计包括硬件设计和软件设计两个方面。 硬件设计首先要根据系统要求选择合适的DSP 芯片。然后设计 DSP

9、芯片的外围电路及其他电路。软件设计和编程主要根据系统 要求和所选的DSP 芯片编写相应的DSP 汇编程序， 常常采用高级语言和汇编语言的混合编程方法，采用这种方法， 既可缩短软 件开发的周期，提高程序的可读性和可移植性，又能满足系统实时运算的要求。 (4)DSP 硬件和软件设计完成后，就需要进行硬件和软件的调试。软件的调试一般借助于DSP 开发工具，硬件调试一般采用硬件仿 真器进行调试。 (5)将软件脱离开发系统而直接在应用系统上运行。反复进行改进以满足实现的要求。 6.开发 DSP 应用系统时，一般需要哪些硬、软件工具？ 软件仿真器 (Simulator)，硬件在线仿真器（XDS Emula

10、tor ） 。Code Compser Studio(简称 CCS)，是 TI 公司为 TMS320系列 DSP 软件开发 推出的集成开发环境。 7.TI 公司 TMS320DSP 芯片有哪三个主要系列？各系列的应用特点是什么？（详见PPT，附加文档） 答：目前， TI 公司在市场上主要有三大系列产品：TMS320C2000系列， TMS320C5000系列和 TMS320C6000系列 （1）TMS320C2000系列，最先进的控制功能的DSP，主要应用于数字控制、运动控制，特点： 超过 400 MIPS 的 DSP 控制器 软件兼容目前主导的控制DSP C24x TM （2）TMS320C

11、5000系列，高速低功耗的DSP ，主要应用于低功耗、手持设备、无线终端应用，特点： 核功耗 0.05 mW/MIPS, 该功耗大概目前工业主导低功耗 DSP产品的 1/6 软件兼用最为流行的C54x? DSP （3）TMS320C6000系列，最高性能的开发平台，主要应用于高性能、多功能、复杂应用领域，特点： 工作频率达到1.1GHz 成为工业应用最快的DSP 最高效编译器兼用C62x TM 8.TMS320C54x DSP芯片的部总线是如何组织的？（详见课本P9） 答： TMS320C54x DSP采用先进的哈佛结构并具有八组总路线:程序总路线 (PB),3组数据总路线 (CB、DB 和

12、EB)，4 组地址总线 （PAB、 CAB、DAB 、EAB） 采用各自分开的数据总路线分别用于读数据和写数据，允许CPU 在同一个机器周期进行两次读操作数和一次写操作数。独立的 程序总路线和数据总路线允许CPU 同时访问程序指令和数据。因此，在单周期允许CPU 利用 PAB/PB 取指一次、利用DAB/DB读 取第一个操作数、利用CAB/CB 读取第二个操作数并利用EAB/EB 将操作数写入存储器。 9.TMS320C54x DSP芯片的存储器结构如何？（详见课本P9） TMS320C54x 存储器由 3 个独立的可选择空间组成：程序空间、数据空间和I/O空间。程序存储器空间包括程序指令和程

13、序中 所需要的常数表格； 数据存储器空间用于存储需要程序处理的数据或程序处理后的结果；I/O空间用于与外部存储器映象的外设接口， 也可以用于扩展外部数据存储空间。 C54x 存储器空间通常可以分为3 个可单独选择的空间：64K 程序空间、64K 数据空间和 64K I/O 空间。 CPU 状态寄存器的 MP/MC 、OVLY 和 DROM 位影响存储器的配置。 所有 TMS320C54x 芯片都包括随机访问存储器（RAM）和只读存储器（ROM ） 。RAM 可分成若干块，每一个块可以在一个机器周期 读两次或读一次写一次，这样的好处是可以在一个机器周期从一个DARAM 块中读取两个操作数并将数据

14、写入另一个DARAM 中。 SARAM 也分成若干块，在一个机器周期只能读一次或写一次。RAM 一般映象在数据存储器空间，也可以安排在程序存储空间，而 ROM 则映象在程序存储空间，也可部分地映象到数据存储器空间。 10.DSP 片存储器和片外存储器有什么区别？为什么要尽量使用片存储器？（详见课本P14） 答：利用I/O存储器可以扩展外部存储器，使用片存储器没有等待状态，可以使程序运行速度快，可以得到更高的性能，因此尽量 采用部 RAM。使用片外存储器的主要优点是可对更大的存储器空间寻址。 11.TMS320C54x DSP芯片的片上外设主要有哪些？ 答：通用 I/O 引脚 XF,定时器，时钟

15、发生器，复位电路，主机接口，软件可编程等待状态发生器，可编程分区开关，4 种串行口 12.TMS320C54x DSP提供的寻址方式与你熟悉的其它CPU 提供的寻址方式有什么不同？（详见课本P31全部） 答： TMS320C54x DSP有一些特殊的间接寻址方式:循环寻址和位倒序寻址： 循环寻址：在完成卷积、相关和FIR 滤波等算法中，都要求在存储器中设置一个循环缓存区，循环寻址就是实现这个功能。 位倒序寻址：在FFT 运算时其输出、输入列中必有一要混序，所谓混序就是位倒序。C54x 提供的位倒序寻址就是实现这个功能。 双操作数寻址：占用程序空间小，运行速度快，在一个机器通过两个16位数据总路

16、线（C和 D ）读两个操作数。 DSP 芯片由于硬件结构设计而特有的的寻址方式,提高了相应算法程序中使用存储器的效率及其执行速度。 13.TMS320C54x DSP汇编指令系统与你熟悉的其它CPU 汇编指令系统有什么不同？（详见PPT，第四章） 答： TMS320C54x DSP汇编指令系统有两种表示形式，一种是类似于高级语言的助记符形式，另一种是类似于高级语言的代数形式。 C54x 指令特点： 可同时读入2 或 3 个操作数； 支持双精度运算的32位长操作数指令； 可进行单条指令重复和块指令重复操作； 有块存储器传送指令和并行操作（如并行存储和加载、并行存储和加/ 减法、并行存储和乘法、并行加载和乘法）指令； 设有条件存储指令及延迟操作指令、有从中断快速返回指令； 为特殊用途设计的指令（如支持FIR 滤波、最小均方算法LSM、多项式计算以及浮点运算）； 有为省电安排的空转指令。 14.若某一个变量用Q15 表示，说明该变量所能表示的数值围和精度。（详见课本P125） 答： Q15 的数值围为- 1 到 0.9999695 ，精度为1/32768 = 0.000030