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1、1,DSP技术及应用,课程基本信息课程编号：EEG9307课程名称：DSP技术及应用/DSP Technology and Its Applications课程类别：专业选修课学时学分：34学时2学分授课教师：孙丽莎（82903124，13623068200）实验教师：张琼（82903284，13923677948）,2,使用教材: DSP原理及应用李利 等 编著主要参考教材: DSP原理及应用邹彦主编 TMS320C54x DSP应用系统设计 郑虹、吴冠 编著 TMS320C54x DSP应用程序设计教程 清源科技 编著,3,本课程是电子、通信、计算机及其相关专业的一门专业选修课。 以数字信
2、号处理和微处理器原理为基础，结合先进计算机技术和嵌入式系统技术，介绍数字信号处理器的基本概念、技术原理、实现方法及应用开发技术，使学生了解数字信号处理器的发展趋势和广阔的应用领域，为从事数字信号处理技术的开发和应用打下初步基础。,课 程 简 介,4,掌握数字信号处理器的基本概念及特点；初步掌握数字信号处理器的技术原理、实现方法及应用开发技术；初步掌握TMS320C54x数字信号处理器结构、指令系统和应用特点；了解数字信号处理器的发展趋势和广阔的应用领域；具有初步应用和开发TMS320C54x数字信号处理器的能力；,学生应掌握的知识和具备的能力,5,课程综合评分方法 各部分的比重分别为:,6,汕
3、头大学2009 2010学年第二学期教学进度表上课系 电子系 专业年级 电子07、通信07 课程名称 DSP技术及应用 课内总学时 22 本学期总学时 34 开课系 电子系 任课教师 孙丽莎 实验老师 张琼 教材 DSP原理及应用 审核人,7,第一章 绪 论,一、数字信号处理系统的构成及DSP技术二、数字信号处理的实时实现方法三、通用DSP的发展趋势及应用四、DSP实现的概念和方法五、DSP芯片的种类及特点,8,一、数字信号处理系统的构成及DSP技术,数字信号处理 (DSP，Digital Signal Processing) 关于信号数字化处理的基本理论、算法和实际应用。数字信号处理器 (D
4、SP，Digital Signal Processor) 技术指和数字信号处理器有关的数字信号处理算法的实时实现技术和方法。,虽然两者英文缩写完全相同，但国内学者更常用DSP一词指通用数字信号处理器，而用数字信号处理一词表示信号数字化处理的基本理论和算法。,9,典型数字信号处理系统,10,二、数字信号处理算法的实时实现方法,针对一般数字信号处理算法的实现而采用的通用可编程序硬件处理器技术和算法，称为通用可编程DSP，简称通用DSP。针对某一种特定的数字信号处理算法（如FFT）而采用专用硬件实现，即ASIC芯片实现，称为专用DSP。基于FPGA技术的DSP实现，FPGA可以满足电子系统小型化、低
5、功耗、可重配置、高可靠性等的需求，而且开发周期短、投入少。,11,通用DSP 主要指目前基于CPU架构的、通过软件指令方式完成 DSP算法的DSP器件。早期生产的 DSP处理器中只有一个乘法器，而现在的处理器（如TMS320C6000系列），可含有 8 个乘法器，工作性能有了极大的提高。,12,通用DSP处理器的主要优势是具有良好的通用性和一定的灵活性，有适用于实现各种DSP算法的通用硬件结构和一些特殊的寻址方式，以及各种算法可实现的灵活性与各种技术指标的可实现性。,但是，通用DSP处理器从根本上讲是适合串行算法的，DSP处理器的灵活性主要体现在软件更改容易以及对各种算法处理和复杂算法的实现上
6、, 而对硬件本身的更改则没有任何灵活性而言。,13,所以，通用DSP固定的硬件结构特别不适合于许多结构特性需要随时变更的数字信号处理的应用场合，即面向用户的DSP应用系统： 用户可定制型（Customized ） 用户可重配置型（ Reconfigurable ）,14,专用 ASIC 芯片实现的DSP系统是专门实现某种特定DSP算法的集成电路器件，因此在性能指标、工作速度、可靠性和应用成本上优于通用DSP处理器。 例如：高速并行乘法累加器TDC1010、 卷积 / 相关器IMSA100、 FFT处理器 A41102、 求模/相角处理器PDSP16330 等等。,15,专用DSP处理器其优秀的
7、工作性能主要源于其特定算法全部由硬件电路完成，在许多DSP算法的实现方面(如FIR，IIR滤波器)都优于通用DSP处理器，但在功能重构及应用性修正方面缺乏灵活性；且ASIC开发周期长，而且有一个最小定制量，因此应用风险和开发成本较高。,16,在满足速度要求方面，由于采用顺序执行的CPU架构，通用DSP处理器受到限制。而专用DSP处理器虽然可以解决并行性和速度的问题，但是高昂的开发设计费用、耗时的设计周期及不灵活的纯硬件结构，没有可扩展性，使得DSP的ASIC解决方案也日益失去其实用性。,17,硬件工程师希望有一种更灵活方便的设计方法，可以根据需要，在实验室就能设计、更改大规模数字逻辑，研制自己
8、的ASIC并马上投入使用，这就是可编程逻辑器件提出的基本思想。目前，采用CPLD和FPGA进行ASIC设计是最为流行的方式之一。,18,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。就灵活性而言，FPGA的灵活性远远胜于ASIC和DSP处理器。,19,FPGA（现场可编程门阵列）器件与DSP 器件配合使用实现的DSP技术，能在许多实际应用领域综合通用DSP 处理器与专用ASIC 器
9、件的优点，再加上FPGA本身的诸多优势可以有效克服传统DSP系统的弱点，特别是在高速复杂的数字信号处理系统中尤其如此。,20,21,22,某国防研究所研制的雷达信号处理装置,23,雷达信号处理机流程图,24,25,26,不断提高的处理速度，工作主频突破 1GHz、增大的片内RAM容量和片外寻址能力采用多总线、多流水线和多处理器核并行结构具有多个硬件乘法累加器构成的独立计算单元丰富的外围接口和通信设施片上设置标准仿真调试接口,三、通用DSP的发展趋势及应用,27,低电压、低功耗、高性价比借鉴通用CPU和单片机的优点开发环境和支持软件迅速发展和不断完善在超大规模可编程逻辑门阵列器件FPGA和ASI
10、C中完成专用集成电路的高速性与DSP的通用可编程性相结合,28,目前，国际市场上主要DSP芯片生产商众多，包括 TI、AD、intel、Motorola、NEC、 Lucent、 Zilog 等，其中美国德州仪器公司（TI）占有最大的市场份额。TI 产品主要以TMS320系列为主，以C2000、C5000、C6000为三大主力产品。,29,TI 通用数字信号处理器3个主力系列,低成本控制系统应用电机控制存储数控系统,高效、低功耗无线电话网络音频播放器数字相机 Modems电信VoIP,高性能多通道和多功能应用电信基础设备无线基础设备xDSL成像处理多媒体服务器视频处理,30,TI C64x C
11、ore: 最高性能的开发平台,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 C62xTM,TI C55x Core: 最高速低功耗的DSP,内核功耗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,TI C28xTM Core:最先进的控制功能的DSP,超过400 MIPS 的DSP 控制器 软件兼容目前主导的控制DSP C24xTM,31,C2000系列 Roadmap,F2810128-LQFP,F2811128-LQFP,F2812176-LQFP179-u*BGA,High-end F28xder
12、ivatives,F2801100 pin,F2806100 pin,F2808100 pin,C2810128-LQFP,C2811128-LQFP,C2812176-LQFP179-u*BGA,R2811128-LQFP,R2812176-LQFP179-u*BGA,Multi-Function, Appliance & Consumer Control,High-Precision Uni-processor Control for Applications from Industrial Drives to Automotive,Future of Control: Improved
13、Industrial Drive,Under development : Higher quality of MIPS New peripheral integration,Cost optimizedC28x derivatives,Price & Control Performance,32,C5000 DSP 平台的产品线,Power Efficiency/System Density,C5470,C5471,OMAP,C55xTMMulticore,33,C6000 Catalog Roadmap,34,35,C5000系列DSP的应用,36,通用信号处理： 数字滤波、卷积、相关、变换
14、、FFT、自适应滤波、波形产生、 加窗函数等,37,图形图象处理： 三维旋转、模式识别、机器人视觉、工作站、图象压缩/传输、图象增强、动画制作、数字地图等,38,语言语音处理： 语音编码、语音识别、语音增强、 语音合成、文本-语音转换等,39,仪器仪表： 频谱分析、瞬态分析、锁相环、函数产生、 模式匹配、数字滤波、地震处理等,40,自动控制： 自适应控制、数码控制、振动分析、全球定位、防滑制动装置、引擎控制、伺服控制、马达控制等,41,医学仪器： 助听、自动监护、自动检测、自动诊断设备、植入式医疗电子产品等,42,国防军事： 导航及制导、雷达检测及雷达信号处理、声纳信号处理、军事图形处理、保密
15、通信、全球定位等,43,移动通信： 回波抵消、数据加密、自适应脉冲编码、自适应均衡、智能基站、扩频通信、信道复用、移动通信设备等,44,民用电器： 高清晰度数字电视、数字收音机、音乐合成、传呼机、MP3播放器、 数码相机、掌上电脑、智能玩具、手机、游戏等,45,四、DSP技术实现的概念和方法,针对各种数字信号处理的具体应用对应不同的信号模型，其形成的数字处理运算所要求的运算结构尽管各不相同，但这些不同运算结构中的基本运算单元却都是相同的或类似的。 请看以下几个例子：,46,线性时不变系统的系统响应：,例如:,47,信号互相关函数计算,48,离散傅里叶变换计算,49,无限冲激响应数字滤波器IIR设计有限冲激响应数字滤波器FIR设计,50,矩阵信号处理与运算,51,图象压缩编解码的离散余弦变换 DCT,52,连续小波变换连续小波变换的计算机实现,53,小波变换的粗略解释,54,观察以上各类信号处理系统的运算模型，可知信号处理的各种算法中最基本的运算就是乘法和累加，而且乘积累加的运算量非常之大，这一特点是数字信号处理算法不同于普通运算的区别所在，也就决定了数字信号处理器的结构组成和指令系统的特点。,
