第一章DSP技术的发展现状及其在通信中的应用.pptVIP

一.引言 　　　DSP是当今发展最为迅速的和最有发展前景的技术之一。目前，DSP已经成为通信、计算机、网络、工业控制以及家用电器等电子产品中不可或缺的基础器件。 　　　目前常见的DSP芯片有：TI的TMS320系列、AD公司的ADSP2100系列、Lucent的16000系列、Motorola公司的DSP56602、DSP56603系列等。 　　DSP具有强大的数字信号处理能力。特别适合通信领域中各种硬件电路的软件实现，如：信号编码、图像处理、语音压缩、均衡、加解密、误差校正、校验和各种调制解调等。 DSP是软件产品硬件化的最佳包装工具之一，是自主知识产权产品开发的重要工具。 应用DSP技术使货架式技术得以实现。可以在一个开放的、标准化的、模块化的硬件平台上，将各种功能，如调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等用软件来完成。从而缩短产品的开发周期、降低成本、便于升级。 基于这些优点，相关厂家和公司在DSP产品应用开发和研究中投入了很大的精力。除了开发DSP软硬件产品之外，为了缩短开发周期，一些第三方软件开发公司专门进行各种通信协议、网络协议、嵌入式系统等产品开发中各种协议的DSP软件开发，并作为标准软件包在网上公开进行发售。但这种软件包价格非常昂贵。 二.　DSP数字信号处理器 DSP是数字信号进行高速实时处理的专用处理器，速度比最快的CPU还快10-50倍。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素，它将彻底变革人们的工作、学习和生活方式。 1.普通CPU的特点 采用冯.诺依曼结构，程序和数据的存储空间合二为一 CISC 复杂指令计算机, RISC 精简指令计算机 采取各种方法提高计算速度，提高时钟频率，高速总线，多级Cashe，协处理器等 8-bit Apple（6502），NEC PC-8000（Z80） 8086/286/386/486/Pentium/Pentium 2/ Pentium 3 PowerPc 64-bit CPU（SUN Sparc，DEC Alpha, HP） 2.MCU的特点 除通用CPU所具有的ALU和CU，还有存储器（RAM/ROM）寄存器，时钟，计数器，定时器，串/并口，有的还有A/D，D/A INTEL MCS/48/51/96（98） MOTOROLA HCS05/011 3.DSP的特点 　　(1)采用哈佛(HARVARD)结构，高度并行运算大大提高运算速度 　　(2)芯片内配置了一个或多个硬件乘法器和累加器，能实现单指令乘加运算和变址运算 　　(3)芯片内专门设置了功能很强的专用指令，可以实现指令的重叠运行 　　(4)芯片内设置了多种功能很强的外围器件和接口，使其运算速度比PC机要快很多倍 　　(5)DSP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 4.DSP与MCU的简单比较 5.DSP处理器与CPU的比较 考虑一个数字信号处理的实例，比如有限冲击响应滤波器（FIR）。用数学语言来说，FIR滤波器是做一系列的点积。取一个输入量和一个序数向量，在系数和输入样本的滑动窗口间作乘法，然后将所有的乘积加起来，形成一个输出样本。 类似的运算在数字信号处理过程中大量地重复发生，使得为此设计的器件必须提供专门的支持，促成了了DSP器件与通用处理器（GPP）的分流： (1) 对密集的乘法运算的支持 CPU不是设计来做密集乘法任务的，即使是一些现代的CPU，也要求多个指令周期来做一次乘法。而DSP处理器使用专门的硬件来实现单周期乘法。DSP处理器还增加了累加器寄存器来处理多个乘积的和。累加器寄存器通常比其他寄存器宽，增加称为结果bits的额外bits来避免溢出。同时，为了充分体现专门的乘法-累加硬件的好处，几乎所有的DSP的指令集都包含有显式的MAC指令。 (2 )存储器结构 传统CPU使用冯.诺依曼存储器结构。只有一个存储器空间通过一组总线（一个地址总线和一个数据总线）连接到处理器核。通常，做一次乘法会发生4次存储器访问，用掉至少四个指令周期。 大多数DSP采用了哈佛结构，将存储器空间划分成两个，分别存储程序和数据。它们有两组总线连接到处理器核，允许同时对它们进行访问。这种安排将处理器存贮器的带宽加倍，更重要的是同时为处理器核提供数据与指令。在这种布局下，DSP得以实现单周期的MAC指令。 还有一个问题，即现在典型的高性能CPU实际上已包含两个片内高速缓存，一个是数据，一个是指令，它们直接连接到处理器核，以加快运行时的访问速度。从物