DSP课程作业课件.docx

1、什么是DSP？简述DSPs的特点？简述DSPs与MCU、FPGA、ARM的区别？学习DSP开发需要哪些知识？学习DSP开发需要构建什么开发环境？(15分) 答：数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP) 技术是指理论上的技术，而数字信号处理器(Digital Signal Processor ) 是针对数字信号处理的需求而设计的一种可编程的单片机，也称为DSP芯片。因此DSP既可以代表数字信号处理技术，也可以代表数字信号处理器，两者是不可分割的，前者要通过后者变成实际产品。两者结合起来就成为解决实际问题和实现方案的手段——数字信号处理解决方案，它也是现代电子技术、计算机技术和信号处理技术相结合的产物;同时具有精确、灵活、可靠性好、体积小、易于大规模集成等优点。随着信息处理器技术的飞速发展，数字信号处理器在电子系统信息、通信、无线电、自动控制、仪器仪表、家电等高科技领域获得了越来越广泛的应用。 DSP是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器。但它不同于一般的微处理器，它已是微电子学专家、信号处理专家和计算机专家共同合作的结晶。DSP具有极其高速的数字处理能力和很大的运算量。因此，它能满足高效实时信号处理的要求。这种新器件具有如下一些特点： (1）采用改进的哈佛(Harvard)结构，高度并行运算且大大提高运算速度 传统的处理器采用程序和数据共享一个存储结构(即Von—Neumann结构)，而使处理器的速度受总线速度的限制。DSP采用改进的哈佛结构，即将数据总线和程序总线分离开来，从而可以集合其他的并行处理单元，实现在同一指令周期内同时将操作数据从程序存储器和数据存储器中取出并送到运算单元。改进型哈佛结构的存储器与数据存储器位于两个独立的空间，但可以相互传递数据。数据存储器可以通过来自程序存储的固定参数初始化。在一个周期内可以同时准备好指令与操作数。这种高度并行运算，内部操作采用时间上重叠的流水线结构，大大提高了运算速度。另外，片外扩展总线也增加了DSP的通用性和灵活性。 (2) 能实现单指令乘加运算和变址运算 DSP内部专门设置了乘法累加结构，在硬件上实现了乘法与累加器的并行工作，能在一个指令周期内完成乘法并将乘积求和运算，以满足数字滤波、卷积运算以及超越函数、幂级数展开等相乘后求和的运算需求，并且片内专门设置了专用变址器，便于实现变址运算。 (3) 采用流水操作 每条指令的运行过程都可划分为取指、译码、取数、执行等若干步骤，由片内多个单元分别完成，支持任务的并行处理。 (4) 设有多种功能很强的外围器件和接口，大大提高了系统的速度和性能 现今的DSP在其结构上一般配备了可编程定时高速串行接口、多处理器连接接口等。因此用它来处理数字信号特别是线性变换（快速傅里叶变换、希尔伯特变换、余弦变换等）、数字滤波（有限冲激响应滤波和无限冲激响应滤波等）、卷积运算等，其速度大大提高。同时芯片内还设置了专门的硬件数据指针的逆序寻址功能。因频谱分析的理论基础是快速傅里叶变换（FFT），从而大大加快了频谱分析处理过程。 (5) DSP支持重复运算，且增加了硬件循环控制 当完成循环初始化后，实际运行中循环不再消耗指令周期，大大提高了数字信号处理的运算速度。 (6) 超长指令字(VLIW)结构，使设计简单化 其特点是在单个周期内，将含有多项运算操作的指令划分为多个操作，这些操作的发出与执行都采用并行方式，以提高每次执行的操作总数。 (7) DSP成本及销售价格逐年降低 一般DSP并非是为某种功能设计的芯片，其应用范围广，出片量多，因而可以降低其成本。随着DSP设计质量的提高，给用户提供了很大的好处，用户量增多，销售价格就会进一步降低。 DSPs与MCU、FPGA、ARM的区别：DSP主要用做运算，如语音，图像等信号的运算处理，但基本不用做控制。MCU，FPGA，ARM主要用做控制，MCU低价低功耗，但门限很少，结构简单，不能实现复杂控制。ARM控制能力较强，但运算能力相对较弱，因此现在很多手持设备是用ARM+DSP来实现的，就是所谓的“双核心”。 FPGA可做复杂的逻辑控制，功能很强大。 学习DSP开发需要学习数字信号处理、复变函数与拉斯变换、信号与系统、数字电子、MATLAB、C语言等基础知识，同时也要学习构建CCS开发环境。 CCS (Code Composer Studio)是美国德州TI公司推出的DSP系统的一种开发软件，它提供了环境配置、源文件编译、程序调试、跟踪、分析等工具，可以帮助用户在一个软件环境下完成编辑、编译、连接、调试和数据分析等工作，和其他DSP软件相比，利用CCS软件能够加快软件开发进程，提高工作效率。Code Composer Studio 包含一整套用于开发和调试嵌入式应用的工