现代DSP技术潘松讲述.ppt

第1章 概述 1.1 DSP实现方案及设计流程 1.2 现代DSP设计流程概述 1.3 两类DSP解决方案的比较 1.1 DSP实现方案及设计流程 不断发展的数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)技术迅速地扩展到了其应用领域，如3 G移动通信、网络会议、多媒体系统、雷达卫星系统、医学仪器、实时图像识别与处理、联合战术无线电系统、智能基站，以及民用电器等。所有这一切在功能实现、性能指标与成本方面都在不断增加其要求。 在过去很长一段时间，DSP处理器(如TI的TMS320系列)是DSP应用系统核心器件的惟一选择。尽管DSP处理器具有通过软件设计能适用于实现不同功能的灵活性，但面对当今迅速变化的DSP应用市场，特别是面对现代通信技术的发展，DSP处理器早已显得力不从心。例如其硬件结构的不可变性导致了其总线的不可改变性，而固定的数据总线宽度，已成为DSP处理器一个难以突破的瓶颈。DSP处理器的这种固定的硬件结构特别不适合于当前许多要求能进行结构特性随时变更的应用场合，即所谓面向用户型的DSP系统，或者说是用户可定制型，或可重配置型的DSP应用系统(Customized DSP或Reconfigurable DSP 等)， 如软件无线电、医用设备、导航、工业控制等方面。至于在满足速度要求方面，由于采用了顺序执行的CPU架构，DSP处理器则更加不堪重负。 面向DSP的各类专用ASIC芯片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，使得DSP的ASIC解决方案日益失去其实用性。 现代大容量、高速度的FPGA的出现，克服了上述方案的诸多不足。在这些FPGA中，一般都内嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模块。用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题，而且其灵活的可配置特性，使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、易于测试及硬件升级。 在利用FPGA进行DSP系统的开发应用上，已有了全新的设计工具和设计流程。DSP Builder就是Altera公司推出的一个面向DSP开发的系统级工具。它是作为MATLAB的一个Simulink工具箱(ToolBox)出现的。MATLAB是功能强大的数学分析工具，广泛应用于科学计算和工程计算，可以进行复杂的数字信号处理系统的建模、参数估计、性能分析。Simulink是MATLAB的一个组成部分，用于图形化建模仿真。 DSP Builder作为Simulink中的一个工具箱，使得用FPGA设计DSP系统完全可以通过Simulink的图形化界面进行，只要简单地进行DSP Builder工具箱中的模块调用即可。值得注意的是，DSP Builder中的DSP基本模块是以算法级的描述出现的，易于用户从系统或者算法级进行理解，甚至不需要了解FPGA本身和硬件描述语言。 为了满足DSP技术领域中的各种需求以及顺应DSP市场的发展，DSP应用系统的实现方式和目标器件的品种类型、结构特点乃至开发技术本身都经历着不断的改善和变革。 1.1.1 常用DSP应用器件及其性能特点 如前所述，DSP作为数字信号的算法的实现方案有多种，对于不同的应用领域、适用范围和指标要求，可以选用不同的解决方案和DSP系统的实现器件。目前，为了完成DSP的开发与应用，可选的目标器件有如下4类： ● DSP Processor DSP处理器； ● ASICs(Application-Specific Integrated Circuits) 专用集成电路； ● ASSPs(Application-Specific Standard Proucts) 专用标准电路模块； ● FPGA。 DSP Processor主要是指目前最常用的基于CPU架构的器件，通过软件指令的方式完成DSP算法。早期的DSP处理器(如大多数DSP实验室中采用的TMS320VC5402)中只有一个乘法器，而现在的处理器(如C6000系列)中，有的已达8个乘法器，工作性能有了很大的提高。 Processor在硬件结构上的不断改进，并没有摆脱传统CPU的工作模式。因而，尽管拥有多个硬件乘加器，使用了环形叠代的方法进行乘法操作，且许多DSP处理器还拥有使