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1、1,2.1 DSP系统的基本构成 2.2 DSP系统的设计开发过程 2.3 DSP处理器的选择 2.4 DSP系统的开发工具 2.5 典型的DSP应用系统 2.6 本章小结,第2章 DSP系统设计概述,第2章 DSP系统设计概述,2,内容简介,本章从DSP系统设计的基础知识入手，介绍DSP系统的基本构成、DSP系统的设计开发过程、DSP处理器的选择、DSP应用系统的开发工具，并给出了典型的DSP应用系统示例。 从系统的角度回答了“为什么采用DSP处理器”、“如何应用DSP处理器进行开发和设计的工作”以及“要想应用DSP处理器进行设计应该选用哪种DSP并需要具备哪些知识和条件”等一系列基本问题。
2、使读者在学习具体内容前，对DSP应用技术先有一个全面、概括的认识。,第2章 DSP系统设计概述,3,2.1 DSP系统的基本构成,在进行DSP系统设计前，需要了解DSP系统的基本构成。典型的DSP系统基本结构框图如图2-1所示。同一般的微处理器应用系统类似，DSP应用系统除了DSP处理器之外，还必须有能够与其他系统和器件连接的接口。,第2章 DSP系统设计概述,图2-1 典型的DSP系统基本结构框图,4,2.1 DSP系统的基本构成,一般情况下，DSP系统先将输入信号进行带限滤波和采样，然后经模/数（A/D）转换器将信号转换成数字信号。根据奈奎斯特采样定理，对低通模拟信号，为保证信息不丢失，采
3、样频率必须至少是输入带限信号最高频率的两倍。 DSP处理器的输入是A/D转换后得到的时间离散的数字信号，根据系统要求，DSP处理器对输入的数字信号按照特定的算法进行处理，这是DSP系统的关键。最后，经过处理后的数字信号再经数/模（D/A）转换器转换为模拟信号，之后再进行平滑滤波就可得到连续的模拟信号。,第2章 DSP系统设计概述,5,2.1 DSP系统的基本构成,除了处理从外部信号源输入的信号外，DSP还需要处理从主机或用户控制接口输入的事件。 主机接口是一个并行接口，可以用来与一个主处理器或一个主器件进行连接，完成DSP处理器和主机之间的信号交换。 用户控制接口完成DSP处理器与用户需求之间
4、的交换。 DSP处理器还提供了多种形式的串行通信接口，这些通信接口能够方便地与一些串行设备进行通信。,第2章 DSP系统设计概述,6,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,DSP系统的设计开发过程可以分为系统需求分析、算法模拟、DSP处理器选型、软硬件设计、系统集成和测试5个阶段。 软硬件设计包括软件设计和硬件设计。 硬件设计又称为目标板设计，该设计需要在全面考虑应用的需求分析、成本、体积、功耗核算等方面的基础上完成。 软件设计主要是指用DSP的汇编语言或者通用的高级语言（如C语言）编写实现具体数字信号处理功能的程序。这两部分的设计并非完全独立，而是需要协调综合考虑。,
5、7,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,1系统设计开发应具备的条件,2.2.1 DSP系统设计开发前的准备工作,(1)设计者知识储备 计者应当具备必需的数字信号处理知识，了解各种常用的数字信号处理算法，并且能够对数字信号处理算法的结果进行评估和比较。 设计者一方面要从整体上了解各个厂商各个系列的DSP处理器的特点，另一方面还要及时跟踪和掌握DSP发展的新技术。 设计者对于外围电路芯片也应深入了解。 对于高速的数字、模拟电路设计，设计者应具备相应的知识和经验。在设计中，应采取一定的抗干扰措施。,8,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,1系统设计
6、开发应具备的条件,2.2.1 DSP系统设计开发前的准备工作,(2)软件环境和硬件设备支持 DSP系统设计开发的软件环境应该包括针对特定DSP处理器的编译器、汇编器、链接器、软件模拟器、在线仿真软件、固化代码生成程序、库管理程序等可执行文件，还应包括基本的算法或函数库、C语言库、C 头文件等。 硬件设备包括DSP仿真器、示波器和逻辑分析仪。其中，最主要的就是DSP仿真器，各DSP厂家为不同的DSP准备了不同的仿真器。,9,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,2初学者如何着手DSP系统开发,2.2.1 DSP系统设计开发前的准备工作,当初学者确定用DSP处理器进行系统设
7、计时，需要准备的最基本的设备包括一台装有Windows操作系统的PC机、一套DSP开发板、一个硬件仿真器以及基本的软件开发工具。 DSP系统设计中，初学者有了这些最基本设备的支持，硬件上借助DSP厂商提供的DSP开发板，软件上借助DSP厂商提供的基本软件开发工具，只需编写一些简单的应用程序即可完成DSP系统的设计。,10,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,2.2.2 DSP系统的设计开发流程,DSP系统的设计开发过程可以用图2-2所示的流程图来表示，该流程图将设计过程大致分为如下几个阶段：,图2-2 DSP系统设计开发流程图,11,第2章 DSP系统设计概述,2.2
8、 DSP系统的设计开发过程,1定义系统性能指标,2.2.2 DSP系统的设计开发流程,在进行DSP系统设计之前，首先要根据DSP系统的需求，明确设计任务，定义系统的技术性能指标。 技术性能指标，包括系统的采样频率和实时处理性能、存储器容量、系统的精度、应用环境、体积、重量、功耗、可靠性、可维护性以及成本等要求，它们通常可用数据流程图、数学运算序列、正式的符号或自然语言来描述。,12,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,2确定算法并进行算法模拟,2.2.2 DSP系统的设计开发流程,一般来说，为了实现系统的最终目标，需要对输入的信号进行适当的处理，而不同的处理方法会导致
9、不同的系统性能，因此要得到最佳的DSP系统性能必须先确定最佳的处理方法。 确定算法并进行算法模拟阶段成为DSP实际系统设计中重要的一步，决定了系统性能指标能否实现，系统以何种算法和结构应对需求。实现过程是，首先应对一个实时数字信号处理的任务选择一种方案和多种算法，用算法仿真开发工具（如Matlab）进行算法模拟来验证算法能否满足系统的性能指标，然后从多种信号处理算法中找出最佳算法。,13,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,3选择DSP处理器,2.2.2 DSP系统的设计开发流程,DSP处理器是处理系统的核心，在设计DSP应用系统时，选择DSP处理器是非常重要的一个环
10、节。只有选定了DSP处理器才能进一步设计其外围电路及系统的其他电路。 DSP处理器的选择应根据实际的应用系统需要而确定，也就是说，应该根据应用场合和设计目标的具体要求出发来选择DSP。 选择DSP处理器时主要考虑的因素有运算速度、运算精度、片内存储器资源、片外存储器和I/O空间容量、片内外围设备、开发调试工具、电源与功耗、价格及售后技术服务等 。,14,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,4设计DSP应用系统（软硬件设计）,2.2.2 DSP系统的设计开发流程,系统设计分硬件设计和软件设计两个方面同时进行。 硬件设计部分需要确定系统的硬件实现方案、完成器件的选型、完成
11、原理图设计（包括外围电路以及电源电路等）和印刷电路板布线等，最后进行焊接调试。 软件设计部分主要是根据系统的要求和所选的DSP 处理器编写相应的DSP程序并进行调试，这些程序可以采用汇编语言、高级语言（如C 语言）、或采用两种语言（高级语言和汇编语言）混合编程方法。,15,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,4设计DSP应用系统（软硬件设计）,2.2.2 DSP系统的设计开发流程,(1) 硬件设计 硬件设计涉及较多的电路设计技术。由DSP构成的电路一般包括以下类型的器件：EPROM/F1ash、RAM、A/D、D/A、同步/异步串口、电源模块、电平转换器、FPGA、接
12、口电路、仿真器接口、时钟等。典型的DSP系统硬件设计流程图如图2-3所示,图2-3 DSP硬件设计流程,16,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,4设计DSP应用系统（软硬件设计）,2.2.2 DSP系统的设计开发流程,(1) 硬件设计 硬件设计的过程可分为以下5个阶段： 1) 确定硬件实现方案 2) 器件的选择 3) 原理图设计 4) PCB板设计 5) 硬件调试,17,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,4设计DSP应用系统（软硬件设计）,2.2.2 DSP系统的设计开发流程,(2) 软件设计 DSP系统软件设计的过程可分4个阶段： 1)
13、 使用汇编语言、C语言或者两种编程语言混合编写程序，并把它们分别转换成DSP的汇编语言，然后用汇编语言汇编器生成目标文件。 2) 将目标文件用链接器进行链接，得到可执行文件。 3) 对可执行文件进行软件调试。检查运行结果是否正确。如果正确，进入下一步；如果不正确，则返回第一步。软件调试借助DSP开发工具，如软件模拟器（Simulator）、DSP开发系统或硬件仿真器等。 4) 进行代码转换，将代码写入EPROM，并脱离仿真器运行程序，检查结果是否正确。,18,第2章 DSP系统设计概述,2.2 DSP系统的设计开发过程,5系统集成和测试,2.2.2 DSP系统的设计开发流程,软硬件设计、调试完
14、成之后，进行系统集成。所谓系统集成是利用DSP厂家提供的软件将软件程序生出固定的格式，写入到DSP板上的EPROM或者Flash存储器中，代码固化后，DSP系统就可以脱离仿真器独立运行了。 DSP系统在可以独立运行之后，还应该继续进行一系列的系统性能测试，评估系统的性能指标是否达到设计要求。在系统测试的过程中，要反复检查系统的实时性、精度和稳定性，如果达不到设计要求，就需要通过修改软件（甚至调整硬件）予以解决。,19,第2章 DSP系统设计概述,2.3 DSP处理器的选择,2.3.1 主要的DSP处理器,选择DSP处理器应首先确定选择哪家公司的产品，然后根据实际系统要求依据选择DSP处理器需考
15、虑的各个因素确定最终应选用的处理器型号。,在系统设计开发中如果已经决定选用DSP处理器，但不确定选用哪款DSP处理器最适合应用时，那么首先就要先了解DSP的各系列产品。 TI公司为各种应用开发提供了多种数字信号处理（DSP）平台，其中包括TMS320C2000系列、TMS320C5000系列、TMS320C6000系列、DaVinci数字媒体处理器和OMAP应用处理器。,20,第2章 DSP系统设计概述,2.3 DSP处理器的选择,1.TMS320C2000系列,2.3.1 主要的DSP处理器,TMS320C2000系列DSP又称为数字信号控制器（Digital Signal Controll
16、er，DSC），它为数字控制系统提供了DSP性能与MCU外设集成度的优化组合。TMS320C2000系列作为一种低价格、高性能的DSP处理器，适用于控制领域，如工业自动化、汽车电子、电机控制、家用电器和消费电子等领域。该系列DSP目前主要由TMS320C24x和TMS320C28x组成，所有TMS320C2000平台控制器均实现了全面的软件兼容性。,21,第2章 DSP系统设计概述,2.3 DSP处理器的选择,2.TMS320C5000系列,2.3.1 主要的DSP处理器,TMS320C5000系列DSP是为实现低功耗、高性能而专门设计的定点DSP处理器。该系列针对消费类数字产品、通信电子、便携式等产品进行了优化，能够充分满足无线和有线通信系统以及数字音乐播放器、3G移动电话、GPS接收器、便携式医疗设备、VoIP和便携式设备等新兴应用，涵盖了从低档到中高档的应用领域。该系列使用最广泛的是TMS320C54x和TMS320C55x两大类。这两类处理器软件完全兼容。,22,第2章 DSP系统设计概述,2.3 DSP处理器的选择,3.TMS320C6000系列,2.3
