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1、*DSP原理及应用1第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论DSPDSP可以代表数字信号处理技术（可以代表数字信号处理技术（Digital SignalDigital SignalProcessing Processing）, ,也可以代表数字信号处理器（也可以代表数字信号处理器（Digital Digital Signal ProcessorSignal Processor）。）。前者是理论和计算方法上的技术前者是理论和计算方法上的技术, ,后者是指实现这些技术的通用或专用可编程微处理器后者是指实现这些技术的通用或专用可编程微处理器芯片。芯片。数字信号处理包括两个方面的内容数字信号处理包括两个方
2、面的内容: :1 1算法的研究算法的研究 2 2数字信号处理的实现数字信号处理的实现*DSP原理及应用2第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论1 1算法的研究算法的研究 算法的研究是指如何以最小的运算量和存储器的算法的研究是指如何以最小的运算量和存储器的 使用量来完成指定的任务，如使用量来完成指定的任务，如2020世纪世纪6060年代出现的快年代出现的快 速傅里叶变换（速傅里叶变换（FFTFFT），），使数字信号处理技术发生了使数字信号处理技术发生了 革命性的变化。革命性的变化。近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅近几年来，数字信号处理的理论和方法得到了迅 速的发展，诸如：语音与图像的压缩
3、编码、识别与鉴速的发展，诸如：语音与图像的压缩编码、识别与鉴 别，信号的调制与解调、加密和解密，信道的辨识与别，信号的调制与解调、加密和解密，信道的辨识与 均衡，智能天线，频谱分析等各种快速算法都成为研均衡，智能天线，频谱分析等各种快速算法都成为研 究的热点、并取得了长足的进步，为各种实时处理的究的热点、并取得了长足的进步，为各种实时处理的 应用提供了算法基础。应用提供了算法基础。 *DSP原理及应用3第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论2 2数字信号处理的实现数字信号处理的实现 数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬结数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬结 合的方法来实现各种算法。数字信号
4、处理的实现一般合的方法来实现各种算法。数字信号处理的实现一般 有以下几种方法：有以下几种方法： 在通用计算机（在通用计算机（PCPC机）上用软件（如机）上用软件（如FortranFortran、C C语言语言）实现，但速度慢，不适合实时数字信号处理，只用于算法的）实现，但速度慢，不适合实时数字信号处理，只用于算法的模拟；模拟； 在通用计算机系统中加入专用的加速处理机实现，用在通用计算机系统中加入专用的加速处理机实现，用 以增强运算能力和提高运算速度。不适合于嵌入式应用，专用以增强运算能力和提高运算速度。不适合于嵌入式应用，专用 性强，应用受到限制；性强，应用受到限制； 用单片机实现，用于不太复
5、杂的数字信号处理。不适用单片机实现，用于不太复杂的数字信号处理。不适合于以乘法合于以乘法- -累加运算为主的密集型累加运算为主的密集型DSPDSP算法；算法； 用通用的可编程用通用的可编程DSPDSP芯片实现，具有可编程性和强大芯片实现，具有可编程性和强大的处理能力，可完成复杂的数字信号处理的算法，在实时的处理能力，可完成复杂的数字信号处理的算法，在实时DSPDSP领域中处于主导地位；领域中处于主导地位； 用专用的用专用的DSPDSP芯片实现，可用在要求信号处理速度极芯片实现，可用在要求信号处理速度极快的特殊场合，如专用于快的特殊场合，如专用于FFTFFT、数字滤波、卷积、相关算法的数字滤波、
6、卷积、相关算法的DSPDSP芯片，相应的信号处理算法由内部硬件电路实现。用户无芯片，相应的信号处理算法由内部硬件电路实现。用户无需编程，但专用性强，应用受到限制；需编程，但专用性强，应用受到限制； PC PC 机软件机软件单片机单片机通用通用DSPDSP专用专用DSPDSP*DSP原理及应用4第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论 在通用计算机（在通用计算机（PCPC机）上用软件（如机）上用软件（如FortranFortran、C C语言语言）实现，但速度慢，不适合实时数字信号处理，只用于算法的）实现，但速度慢，不适合实时数字信号处理，只用于算法的模拟；模拟； 在通用计算机系统中加入专用的加速处
7、理机实现，用在通用计算机系统中加入专用的加速处理机实现，用 以增强运算能力和提高运算速度。不适合于嵌入式应用，专用以增强运算能力和提高运算速度。不适合于嵌入式应用，专用 性强，应用受到限制；性强，应用受到限制； 用单片机实现，用于不太复杂的数字信号处理。不适用单片机实现，用于不太复杂的数字信号处理。不适合于以乘法合于以乘法- -累加运算为主的密集型累加运算为主的密集型DSPDSP算法；算法； 用通用的可编程用通用的可编程DSPDSP芯片实现，具有可编程性和强大芯片实现，具有可编程性和强大的处理能力，可完成复杂的数字信号处理的算法，在实时的处理能力，可完成复杂的数字信号处理的算法，在实时DSPD
8、SP领域中处于主导地位；领域中处于主导地位； 用专用的用专用的DSPDSP芯片实现，可用在要求信号处理速度极芯片实现，可用在要求信号处理速度极快的特殊场合，如专用于快的特殊场合，如专用于FFTFFT、数字滤波、卷积、相关算法的数字滤波、卷积、相关算法的DSPDSP芯片，相应的信号处理算法由内部硬件电路实现。用户无芯片，相应的信号处理算法由内部硬件电路实现。用户无需编程，但专用性强，应用受到限制；需编程，但专用性强，应用受到限制； 用基于通用用基于通用DSPDSP核的核的ASICASIC芯片实现。随着专用集成电路芯片实现。随着专用集成电路ASIC(Application Specific Int
9、egrated Circuit)ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的广泛使用的广泛使用, ,可以可以将将DSPDSP的功能集成到的功能集成到ASlCASlC中。一般说来，中。一般说来，DSPDSP核是通用核是通用DSPDSP器器件中的件中的CPUCPU部分，再配上用户所需的存储器部分，再配上用户所需的存储器( (包括包括CacheCache、RAMRAM、ROMROM、flashflash、EPROM)EPROM)和外设和外设( (包括串口、并口、主机接口包括串口、并口、主机接口、DMADMA、定时器等定时器等) )，组成用户的，组成用户
10、的ASICASIC。 *DSP原理及应用5第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论知识要点知识要点 DSPDSP芯片的特点芯片的特点 DSPDSP系统系统 DSPDSP系统的设计过程系统的设计过程 *DSP原理及应用6第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论1.2.2 1.2.2 DSPDSP芯片的特点芯片的特点 数字信号处理不同于普通的科学计算与分析，它强调运数字信号处理不同于普通的科学计算与分析，它强调运算的实时性。除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控算的实时性。除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制能力外制能力外, ,针对实时数字信号处理的特点针对实时数字信号处理的特点, ,在处理器的结
11、构、指在处理器的结构、指令系统、指令流程上作了很大的改进令系统、指令流程上作了很大的改进, ,其主要特点如下：其主要特点如下：1 1采用哈佛结构采用哈佛结构 DSPDSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构或改进的哈佛结构或改进的哈佛结构, ,比传统处理器的冯比传统处理器的冯 诺伊曼结构有更快的指诺伊曼结构有更快的指令执行速度。令执行速度。 *DSP原理及应用7第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论1 1采用哈佛结构采用哈佛结构(1) (1) 冯冯 诺伊曼（诺伊曼（Von NeumanVon Neuman）结构结构 该结构采用单存储空间，即程序
12、指令和数据共用一个该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个存储空间，使用存储空间，使用单一的地址和数据总线单一的地址和数据总线，取指令和取操作，取指令和取操作数都是通过一条总线数都是通过一条总线分时分时进行。进行。当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操作数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作速作数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作速度较慢。度较慢。 *DSP原理及应用8第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论1 1采用哈佛结构采用哈佛结构(1) (1) 冯冯 诺伊曼（诺伊曼（Von NeumanVon Neuman）结构
13、结构 图图1.2.1 1.2.1 冯冯 诺伊曼结构诺伊曼结构CPUCPUI/OI/O口口ROMROM串行接口串行接口RAMRAM并行接口并行接口外部存储外部存储 器接口器接口地址总线地址总线ABAB数据总线数据总线DBDB*DSP原理及应用9第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论1 1采用哈佛结构采用哈佛结构（2 2）哈佛（）哈佛（HarvardHarvard）结构结构 该结构采用该结构采用双存储空间双存储空间，程序存储器和数据存储器分，程序存储器和数据存储器分开，有各自开，有各自独立的程序总线和数据总线独立的程序总线和数据总线，可，可独立编址独立编址和独和独立访问，可对程序和数据进行独立传输，
14、使取指令操作、立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理。微处理器的哈佛结构如图理。微处理器的哈佛结构如图1.2.21.2.2所示。所示。 *DSP原理及应用10第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论1 1采用哈佛结构采用哈佛结构（2 2）哈佛（）哈佛（HarvardHarvard）结构结构 外部管理数据总线 外部管理地址总线 数据总线 数据地址总线程序数据总线 程序地址总线CPUCPUI
15、/OI/O口口ROMROM串行接口串行接口RAMRAM并行接口外部存储外部存储 器接口器接口图图1.2.2 1.2.2 哈佛结构哈佛结构外部管理数据总线外部管理数据总线外部管理地址总线外部管理地址总线数据总线数据总线数据地址总线数据地址总线 程序数据总线程序数据总线程序地址总线程序地址总线*DSP原理及应用11第第1 1章章 DSPDSP绪论绪论1 1采用哈佛结构采用哈佛结构（3 3）改进型的哈佛结构）改进型的哈佛结构 改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线，即改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线，即一条程序总线和多条数据总线。其特点如下：一条程序总线和多条数据总线。其特点如下： 允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据, ,使这使这些数据可以由算术运算指令直接调用些数据可以由算术运算指令直接调用, ,增强芯片的灵活性；增强芯片的灵活性； 提供了存储指令的高速缓冲器（提供了存储指令的高速缓冲器（cachecache）, ,当重复执行当重复执行这些指令时这些指令时, ,只需读入一次就可连续使用，不需要再次从程只需读
