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DSP实现方案的比较与应用选择 作者姓名：?秦连铭 程亚奇作者单位：?中国矿业大学（北京） 中国科学院微电子研究所 作者简介：???????? 中国矿业大学（北京） 秦连铭??? 中国科学院微电子研究所 程亚奇 摘 要：首先对比几种DSP技术的实现方案，然后对基于通用可编程DSP和FPGA的两种主流DSP应用设计技术作较详细的比较，并提出应用选择建议。关键词：DSP；实现方案；FPGA；PDSP；应用选择 ? 引言--数字信号处理（Digital Signal Processing ,简称DSP）是一种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、压缩和识别等处理，以得到符合人们需求的信号形式的一种技术。其应用领域甚为广泛，涉及家用电器、多媒体系统、雷达卫星系统、移动通信、网络会议、医学仪器、实时图像识别与处理、联合战术无线电系统和智能基站等方面。面对不同的场合与需求，DSP的实现有多种方案，本文对此进行分析和比较，希望能对学习DSP技术以及准备应用DSP技术进行设计的人员有所启发和帮助。 ? DSP实现方案比较--根据使用目的和应用场合的不同，数字信号处理的实现方法一般可分为以下几种。--● 在通用的计算机（如PC机）上用软件（如C语言和Basic语言等）实现。这种方法的缺点是速度太慢，不能用于实时系统，只能用于教学和仿真研究。--● 在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现。由于大数据量处理时，加速卡和计算机之间的数据交换速度比较慢，因而通用计算机只能起到管理者的作用，而不能参与实时处理。--● 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；但由于单片机采用的是冯诺依曼总线结构，所以在运算量大的实时控制系统中很难有所作为。--● 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。专用于FFT、数字滤波和卷积等算法的DSP芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现，无需进行编程。这种方案的缺点是灵活性差，又由于开发工具还不够完善，不适用于个人和小型单位开发。--● 用通用的可编程数字信号处理器（Programmable Digital Signal Processor,后简称PDSP）实现。与单片机相比，通用PDSP具有更加适用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，是可用指令或软件编程的DSP。可选用的产品有TI公司的TMS320系列DSP芯片、AD公司的ADSP系列产品和Motorola等公司的产品。--● 用FPGA(Field-programmable Gate Array)等可编程门阵列实现数字信号处理算法（称基于FPGA的DSP）。许多FPGA生产公司（如Altera和Xilinx等）都提供软件或VHDL等开发语言，通过软件编程用硬件实现特定的数字信号处理算法。由于具有通用性，并可以实现算法的并行运算，无论是作为独立的数字信号处理器还是作为DSP芯片的协处理器，这一算法目前都是比较活跃的研究领域。而且，近年来，一些公司开发和设计出把FPGA、DSP和MCU等芯片结合在一起的大型可编程逻辑器件，成为今后几年数字信号处理实现的一个很重要的方向。--综上所述，在几种方法中，第一种方法的缺点是速度慢，一般可用于DSP算法的模拟；第二种方法和第四种方法专业性强，应用受到很大限制，第二种方法不便于系统的独立运行；第三种算法也只适用于简单的DSP算法；第五种方法使数字信号处理的应用打开了新的局面。这种方法兼具有上述几种方法的优点，既灵活、处理速度快、能力强，又可做到实时性。实际上通常讲的数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称DSPs或DSP）就是为了实现高速、实时信号处理的单片可编程微处理器芯片,在本文里称为PDSP。 两种主流技术的对比 --通用PDSP和基于FPGA的DSP是当今两大主流数字信号处理算法实现技术，引领着DSP技术应用的发展潮流。下面针对这两种技术方案从硬件结构及性能、开发流程、开发技术标准化、仿真测试和知识产权自主性等方面进行比较，同时对应用方案的选择提出建议。1 硬件结构和性能发展--通用PDSP是一种基于精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）的范例。通用PDSP采用了数据总线和程序总线分离的哈佛结构及改进哈佛结构，由至少一个快速阵列乘法器和一个扩展字宽的累加器构成，具有指令流控制，一个指令字可以同时控制片内多个功能单元的操作。其优势源于大多数信号处理算法的乘-累加运算（multiply and accumulate，MAC）都是非常密集的