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高速数字信号处理概述演示文稿 目前一页\总数三十六页\编于十三点 高速数字信号处理概述 目前二页\总数三十六页\编于十三点 ①DSP普遍采用了数据总线和程序总线分离的哈佛结构及改进的哈佛结构，比传统处理器的冯·诺依曼结构有更高的指令执行速度； ②DSP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、执行等多个步骤，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； ③片内有多条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，它们可以在寻址访问前或访问后自动修改内容，以指向下一个要访问的地址； ④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，使得同一时钟周期内可以完成相乘、累加两个运算，许多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； 目前三页\总数三十六页\编于十三点 图2.1 冯·诺依曼结构 目前四页\总数三十六页\编于十三点 图2.2 哈佛结构及改进的哈佛结构 目前五页\总数三十六页\编于十三点 ⑤许多DSP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； ⑥配有中断处理器和定时控制器，可以很方便地构成一个小规模系统； ⑦具有软、硬件等待功能，能与各种存储器接口。 ? 数字信号处理器（DSP）、通用微处理器（MPU）、微控制器（MCU）三者的区别在于：DSP面向高性能、重复性、数值运算密集型的高速实时处理；MPU大量应用于计算机；MCU则适用于以控制为主的处理过程。 DSP本身具有以下功能，支持其高速实时数字信号处理应用： 目前六页\总数三十六页\编于十三点 ①单指令周期的乘、加操作； ②特殊的高速寻址方式，可以在其它操作进行的同时完成地址寄存器指针的修改，并具有循环寻址、位反序寻址功能。循环寻址用于FIR滤波器，可以省去相当于迟延线功能的大量数据移动，用于FFT则可以紧凑地存放旋转因子表；位反序利于FFT的快速完成； ③针对高速实时处理所设计的存储器接口，能在单指令时间内完成多次存储器或I/O设备访问； ④专门的指令流控制，具有无附加开销的循环功能以及延迟跳转（相当于预跳转）指令； ⑤专门的指令集和较长的指令字，一个指令字同时控制片内多个功能单元的操作； ⑥单片系统，易于小型化设计； ⑦低功耗，一般为 0.5～4W，采用低功耗技术的DSP只有 0.1W，可用电池供电如TI的TMS320C54X系列，对嵌入式系统很适合；而新型MPU，如 Pentium等功耗达20～50W。 目前七页\总数三十六页\编于十三点 因此，DSP的运算速度要高得多，以FFT、相关为例，高性能DSP不仅处理速度是MPU的4～10倍，而且可以流水无间断地完成数据的高速实时输入／输出。 DSP结构相对单一，普遍采用汇编语言编程，其任务完成时间的可预测性比结构和指令复杂（超标量指令）、严重依赖于编译系统的MPU强得多。以一个FIR滤波器实现为例，每输入一个数据，对应每阶滤波器系数需要一次乘、一次加、一次取指、二次取数，有时还需要专门的数据移动操作，DSP可以单周期完成乘加并行操作以及3～4次数据存取操作，而普通MPU至少需要4个指令周期，因此，在相同的指令周期和片内指令缓存条件下，DSP是MPU运算速度的4倍以上。 正是基于DSP的这些优势，在新推出的高性能通用微处理器（如 Pentium MMX、PentiumⅢ、Pentium 4等）片内已经融入了 DSP的功能，而以这种通用微处理器构成的计算机在网络通信、语音图像处理、高速实时数据分析等方面的效率大大提高。 目前八页\总数三十六页\编于十三点 不同类型DSP适用于不同场合。早先DSP都是定点的，可以胜任大多数数字信号处理应用，但在某些场合，如雷达、声纳信号处理中，数据的动态范围很大，按定点处理会发生数据溢出或下溢出，严重时处理无法进行。如果用移位定标或用定点模拟浮点运算，程序执行速度将大大降低。浮点DSP的出现解决了这些问题，它拓展了数据动态范围，常见的16bit定点DSP动态范围仅96dB，每增加1bit，动态范围只增加6dB；而32bit浮点数据的动态范围为1536dB。浮点DSP的处理性能在许多情况下要比定点DSP高得多。得益于VLSI技术，32位浮点DSP在各项指标上都远好于定点DSP，它可以完成32位定点运算，具备更大的存储访问空间，而且必威体育精装版发展的并行DSP大都采用浮点格式，还有一点就是高级语言（如C语言）编译器主要面向浮点DSP，这使得普通计算机上的源码程序可以移植到DS