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第六章 DSP原理及结构 6.1 DSP技术概述 数字信号处理（Digital Signal Process, DPS）是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、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。 一、数字信号处理的实现方法 1、在通用计算机上用软件（如Fortran、C语言）实现； 2、在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现； 3、用通用的单片机实现，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等； 4、用通用的可编程DSP芯片实现。与单片机相比，DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法； 5、用专用的DSP芯片实现，在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用DSP芯片很难实现，例如专用于FFT、数字滤波、卷积等算法的DSP芯片，这种芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现，无需软件编程。 二、DSP系统 1、 DSP系统的构成 典型DSP系统 2、DSP的主要特点 （1）普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构，允许取指令和执行指令进行全部重叠进行；可直接在程序和数据空间之间进行信息传送，减少访问冲突，从而获得高速运算能力。 （2）大多采用流水技术，即每条指令都由片内多个功能单元分别完成取指、译码、取数、执行等步骤，从而在不提高时钟频率的条件下减少了每条指令的执行时间。DSP通常有三级以上的流水线。 （3）在每个时钟周期执行多个操作。针对滤波、相关、矩阵运算等需要大量乘法累加运算的特点，DSP大都配有独立的乘法器和加法器，使得在同一周期内可以完成相乘、累加两个运算。有的DSP可以同时进行乘、加、减运算，大大加快了FFT的蝶形运算速度。 （4）片内有多种总线可以同时进行取指令和多个数据存取操作，并且有辅助寄存器用于寻址，它们可以在当前访问前/后自动修改内容以指向下一个要访问的地址（自动变址），并且支持循环寻址和位反序寻址。 （5）具有软、硬件等待功能，能与各种存储器接口。 （6）许多DSP芯片带有DMA通道控制器，以及串行通信口等，配合片内多总线结构，数据块传送速度大大提高。 （7）具有功能强大的DSP指令，如乘法指令（MPY）、倍乘累加指令（MAC）等。 3、DSP系统的应用领域 （1）通用数字信号处理：数字滤波、卷积、相关、FFT、自适应滤波、波形发生等。 （2）通信领域：高速调制解调器、编/译码器、传真、程控交换机、卫星通信、IP电话等。 （3）语音处理：语音识别、合成、矢量编码、语音信箱等。 （4）自动控制：磁盘、光盘、发动机控制等。 （5）仪器仪表：测量数据谱分析、自动监测及分析、暂态分析等。 （6）图形/图像处理：三维图像变换、模式识别、图像增强等。 （7）医学电子：CT扫描、超声波、核磁共振等。 （8）军事与尖端科技：雷达和声纳信号处理、雷达成像、导弹制导等。 （9）计算机与工作站：计算机加速卡、图形加速卡。 （10）消费电子：数字电视、图形/声音压缩解压装置。 三、DSP系统的设计流程 1、器件选择 16bit定点DSP：最早以TMS320C10/C2X为代表，现在以TM320C2XX/C54XX为代表。 32 bit浮点DSP：代表产品ADSP21020、TMS320C3X 通用DSP芯片的代表性产品包括TI公司的TMS320系列、AD公司ADSP21xx系列、MOTOROLA公司的DSP56xx系列和DSP96xx系列、ATT公司的DSP16/16A和DSP32/32C等单片器件。 TI的三大主力DSP产品系列为C2000系列主要用于数字控制系统；C5000（C54x、C55x）系列主要用于低功耗、便携的无线通信终端产品；C6000系列主要用于高性能复杂的通信系统。C5000系列中的TMS320C54x系列DSP芯片被广泛应用于通信和个人消费电子领域。 器件选择时应考虑的因素： （1）速度指标： DSP最基本的速度指标是MIPS（百万条指令每秒）和MFLOPS（百万次浮点运算每秒），还有FFT和FIR滤波器的速度及除法、求平房根等特殊运算的速度。 （2）输入输出的带宽 在运算速度达到要求时，还要考虑DSP输入/输出数据的速度是否足够快。 （3）精度和动态范围：精度和动态范围由DSP的数据字宽和定点/浮点数据格式决定。 （4）特定功能：若DSP上集成了多种上电加载功能、同步/异步串口、A/D、D/A、片内语音处理功能、编解码等，可以方便设计，降低成本。 （5）片内存储器 DSP片内存储器可用来放程序和数据，当程序和数据都放在片内时，DSP的运行速度要高得多，所以片内存储器越多越好。 （6）DSP开发工具 选择DSP芯片时必须