数字信号处理讲义第章数字信号处理的硬件实现.docVIP

第10章数字信号处理的硬件实现 教学目的 让学生了解DSP芯片的特点、DSP芯片的发展、DSP的开发流程、DSP的应用等知识，为后继课程学习打点基础。 教学重点与难点 本章主要是介绍性质的内容，主要是拓宽学生的知识面，不作为考试内容。无教学重点难点。 10.0概述 Digital Signal Processing (DSP)： 一门新的学科：研究信号分析与处理的理论和各种算法 Digital Signal Processor (DSP)： 数字信号处理器（一个芯片，或CPU）: 将数字信号处理的理论用于实际。 将信号处理的理论用于实际，即是“实现”： 软件实现: (教学, 科研, 开发的前期) DSP软件包 MATLAB Signal Processing Tool Box 硬件实现：CPU, MCU, DSP 有可能“实时实现”： 所谓“实时（Real-Time）实现”，是指一个实际的系统在人们听觉，视觉或按任务要求所允许的时间范围内能及时地完成对输入信号的处理并将其输出。 例如，我们每天使用的手机，将要普及的数字电视等，都是实时的数字信号处理系统。 要想在极短的时间内完成对信号的处理，一方面需要快速的算法、高效的编程，另一方面，则需要高性能的硬件支持。数字信号处理器（DSP）即是为实时实现数字信号处理任务而特殊设计的高性能的一类CPU。 严格地说，“实时实现”是指，一个系统在每一个抽样间隔内都能完成全部所需要的计算任务，即： 如果 等待时间 ( 0 则认为该系统可以实时实现 例如，阶次 的FIR滤波器，其输入输出关系是 假定要处理的信号的抽样频率为200KHz，那么，该系统要在50 内，至少要完成100次乘法，99次加法，才谈得上“实时实现”。 CPU的类型： 1、通用型CPU（GPP）； 2、单片机（MCU）； 3、DSP； 4、嵌入式系统； 5、ASIC； 6、FPGA 通用处理器（GPP）： 事务密集型处理机制 冯.诺依曼结构：统一的程序和数据空间 采取各种方法提高计算速度： （1）8-bit Apple（6502）， （2） NEC PC-8000（Z80） （3） 8086/286/386/486/ （4） Pentium/Pentium II/ Pentium III （5） PowerPc 64-bit CPU （6）（SUN Sparc，DEC Alpha, HP） 单片机（MCU): 控制密集型处理机制。4bit、 8bit单片机多应用于玩具、家电及工业控制； 16bit单片机除控制功能外，还有较强的信息处理的能力。但实时处理较困难。 （1） INTEL MCS/48/51/96（98） （2） MOTOROLA HCS05/011 数字信号处理器（DSP）： 运算密集型处理机制。最有可能实时实 现复杂 运算的器件！ 10.1 DSP处理器的特点 1. 哈佛结构，且是多总线结构； Von-Neumann Architecture Harvard Architecture 取指令和取数据分时进行； 取指令和取数据同时进行 在DSP中，广泛采取多总线制，以便同时读取几个数据，提高了运算的速度，如C54芯片： C54 的多总线结构： 高级多总线结构： 3个数据总线(CB,DB,EB)1个程序总线(PB)4个地址总线(PAB,CAB,DAB,EAB 2. “流水线（pipeline）式” 的指令执行 实际上，DSP中采用多级流水线结构 3. 具有硬件乘法器是DSP最突出的特点，从而大大提高了运算速度。 数字信号处理中最常用的运算： 乘法累加 例如，4－bit无符号数相乘： Microcode 一步执行 一步一步执行 例如：C54中的硬件乘法器 高性能的DSP提供了“并行（parallel）”工作的能力。所谓并行，是指多个DSP，或DSP内部的多个单元同时在完成一个共同的任务； 5. 片上存储器：(On chip Memory ); 专用寻址单元：(Addressing Logic )它们与ALU并行工作;所有这些设置，都是为了提高运行速度； 5. 片上存储器：(On chip Memory ); 专用寻址单元：(Addressing Logic )它们与ALU并行工作;所有这些设置，都是为了提高运行速度； 7. 高的时钟速度，极快的运算能力： MFLOPS：百