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1、数字信号处理（DSP）,第一章 绪论,： DSP的学习方法,What,How,Why,：数字信号处理原理概述,： DSP芯片的特点DSP芯片的现状和发展方向,1.1 数字信号处理原理概述,DSP的两个含义：,Digital Signal Processing数字信号处理,Digital Signal Processor数字信号处理器,DSP是信息技术的基础,信息化的基础是数字化 数字化的核心技术之一是数字信号处理 数字信号处理的任务，特别是实时处理的任务，在很大程度上需要由DSP器件或以DSP为核心的ASIC来完成 DSP技术已成为人们日益关注的并得到迅速发展的前沿技术,(Applicatio
2、n Specific Integrated Circuit) 专用集成电路,数字信号处理：,利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集，变换，滤波，增强，压缩，识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。,数字信号处理优点 （与模拟信号处理相比较）,（1）高精度模拟系统，如模拟滤波器 ，是利用电阻、电容、电感等元器件实现的，元器件精度要达到 的精密器件很难实现，受此限制，模拟系统的精度很难提高。数字系统，若采用16位字长，计算精度可达 量级；采用字长32位，精度可达 量级，所以在很多高精度测量中，数字技术是非常有效的工具，有时甚至为了满足精度要求，一定要采用数字系统。,数字信号处理优点,
3、（2）高稳定性模拟系统，元器件值会随环境条件变化（如R、L、C随温度变化），造成系统性能不稳定。数字系统，只有“0”和“1”两种电平，一般不随环境条件(如温度、电磁感应等)变化，工作稳定。,数字信号处理优点,（3）高度灵活性模拟系统，系统特性取决于其中的各个元件，要改变系统特性，必须改变其中的元件。数字系统，只要改变系统存储器中的数据，即可改变系统参数，从而改变系统特性。,数字信号处理优点,（4）大规模集成模拟系统，尽管已有一些模拟集成电路，但品种较少、集成度不高、价格较高 数字系统，器件体积小、功能强、功耗小、一致性好、使用方便、性能/价格比高,数字信号处理的缺点,（1）实时性模拟系统：除开
4、电路引入的延时外，处理是实时的数字系统：由计算机的处理速度和软件算法的简易程度决定 （2）高频信号的处理模拟系统：可以处理包括微波毫米波乃至光波信号数字系统：按照奈奎斯特准则的要求，受S/H、A/D和处理速度的限制 （3）模拟与数字信号的转换 现实世界的信号绝大多数是模拟的（温度、速度、压力等），转换成的电信号也是模拟的（电流、电压等）。要实现数字处理，就必须进行转换。,要使实信号采样后能够不失真还原，采样频率必须大于信号最高频率的两倍。,数字信号处理的实现方法：,（1）在通用计算机上用软件实现 （2）用单片机实现 （3）在通用计算机系统中加上加速卡实现 （4）利用FPGA等可编程阵列产品开发
5、ASIC芯 片实现 （5）利用DSP芯片实现,数字信号处理系统,数字信号处理器 ：,数字信号处理器（DSP芯片）就是一种特别适合于进行数字信号处理运算的处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。,1.2 DSP芯片的特点,（1）哈佛结构 （2）流水线操作 （3）专用硬件乘法器 （4）特殊DSP指令,GPP的总线结构,造成执行速度慢，数据吞吐量低的缺点。,冯诺依曼（ Von Neuman ）结构,程序空间和数据空间放在同一个存储器里；,程序、数据共用一组总线；,取指令和取操作数要分时进行；,DSP的总线结构,从而提高速度，目前的水平已达到90亿次浮点运 算/秒（ 9000MFLOP
6、S ）,哈佛（ Harvard ）结构,程序与数据存储空间分开,各有独立的地址总线和数据总线,取指和读数可以同时进行,流水线操作（pipeline）,指令操作四步骤：取指、译码、取数、执行,GPP： 指令操作不能重叠执行，必须等一条指令的四步骤操作结束后才能进行下一条指令操作。,DSP： 采用“流水线操作”，多条指令操作可以同时进行，即：使取指、译码、取数和执行操作可以重叠执行，从而提高了处理速度。,流水线操作示意图,专用硬件乘法器,在卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中，都有 A（k）B（nk）一类的运算，大量重复乘法和累加 通用计算机的乘法用软件实现，由一系列加法指令完成，用若干
7、个指令周期。 DSP有硬件乘法器，用MAC指令（取数、乘法、累加）在单周期内完成。,乘法运算,例如： MAC *AR5, #1234H, A 本条指令将AR5所指数据存储器的值乘以常数1234H，并将乘积加到累加器A中。,特殊的DSP指令,DSP对指令进行了特殊的设计，用来实现一个指令周期内完成多个操作。例如，特殊的读写指令，可以在一个读写周期完成两次读写操作等。,DSP性能指标,MAC时间-即一次乘法加上一次加法的时间。指令周期 -就是执行一条指令所需要的时间， 通常以ns为单位。 MIPS -Million Instruction Per Second即每秒执行百万条指令 MFLOPS-M
8、illion Floating Operation Per Second即每秒执行百万次浮点操作。,DSP芯片的分类,DSP芯片可以按照以下的三种方式进行分类： （1）基础特性 （2）数据格式 （3）用途,1. 按基础特性分,根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类： （1）静态DSP芯片 DSP芯片在某时钟频率范围内的任何频率上都能正常工 作，除计算速度有变化外，没有性能的下降。 （2）一致性DSP芯片 它们的指令集和相应的机器代码以及管脚结构相互兼容 。,2. 按数据格式分,根据DSP芯片工作的数据格式来分类： （1）定点DSP芯片 数据以定点格式工作 （2）浮点DSP芯片数据以浮点格式工
9、作,3. 按用途分,（1）通用型DSP芯片 适合普通的DSP应用，如TI公司的一系列DSP芯 片。 （2）专用型DSP芯片 为特定的DSP运算而设计，更适合特殊的运算， 如数字滤波，卷积和FFT等。,1.3 DSP芯片的现状和发展方向,微处理器发展方向,二十世纪七十年代,DSP芯片的发展里程,第一片 DSP 芯片： -1978年 AMI公司发布的 S2811， 第一片商用可编程DSP芯片： -1979年美国Intel公司发布的2920 第一个具有乘法器的商用 DSP 芯片： -1980 年日本 NEC 公司推出的uPD7720 第一个高性能浮点DSP芯片： -1984 年AT&T 公司推出的D
10、SP32。,常用的DSP芯片产品,通用DSP芯片的代表性产品包括：TI公司的TMS320系列 AD公司的ADSP21系列 Lucent公司的DSP16/16A和DSP32/32C系列 Motorola公司的DSP96系列,DSP的应用,网络-如基于DSP的网络通信程序设计，将DSP技术与网络技术相结合，为用户提供无线宽带接入和语音、视频、数据的融合服务。 通信-如调制解调器，数据加密，数据压缩，噪声对消，多路复用，纠错编码，可视电话等； 语音-如语音编码，语音合成，语音识别，语音增强，说话人辨认，说话人确认，语音邮件，语音存储等； 图形/图像-如二维和三维图形处理，图像压缩与传输，图像增强，动
11、画，机器人视觉等； 另外在军事、自动控制、医疗设备、家用电器等方面也有广泛的应用可以说DSP是现代信息产业的重要基石，它在网络时代的地位与CPU在PC时代的地位是一样的。,DSP应用举例,移动通信系统,3G通信技术,无线通信与国际互联 网等多媒体通信结合 的新一代移动通信系 统3rdGeneration,VOIPIP电话,数字照相机,数字相机框图,Charge Coupled Device 电荷耦合器件。是一种半导体装置，能够把光学影像转化为电信号。,汽车多媒体系统,高清晰度电视（HDTV）,High Definition Television,巡航导弹,图像鉴别,DSP技术的发展,DSP技术
12、的发展趋势，可用四个字“多快好省”来概括。多：可从广度和深度看。广度是指DSP的型号越来越多，已经开始做市场细分。从深度讲是多CPU的糅合（多DSP的糅合，还有就是DSP和其他CPU糅合） 快：运算速度越来越快，指令速度越来越快，频率越来越高，功能越来越强。 好：主要是指性能价格比。 省：功耗越来越低。,1.4 如何学习DSP,基础课程 微机原理与接口技术 汇编语言 联系课程 单片机原理 嵌入式系统 扩展课程 信号与系统 数字信号处理,MCU与DSP性能比较,学习方法,相互对比，加深了解 抓住硬件，寄存器是核心；引脚是特征 接口电路体现功能性 熟记常用指令集，掌握系统开发的过程和工具，掌握程序基本结构 多看，多想，多做,相关资料,TI官网：http:/ 中国电子工程：http:/ 中国软件开发联盟： http:/ 中国电子在线：http:/ 中国DSP网：http:/,目录,第1章 绪论 第2章 TMS320C54x的结构原理 第3章 TMS320C54x的指令系统 第4章 TMS320C54x的软件开发与设计 第5章 DSP集成开发环境CCS 第6章 TMS320C54x程序设计与应用,本章重点,熟悉DSP芯片特点了解DSP常用的性能指标,
