DS技术及应用成电陈金鹰教授的讲义

DSP技术及应用马岱讲师通信工程系DigitalSignalProcessor数字信号处理器1主要内容第一章DSP技术概述第二章DSP芯片结构介绍第三章DSP指令系统及特点第四章DSP软件开发过程第五章汇编语言编程举例2第一章DSP技术概述第三节DSP芯片的选择第一节DSP系统概述第四节DSP芯片的主要优点与应用领域

第五节DSP应用系统的开发工具第二节DSP芯片技术的发展

3序论强调的是对以数字形式表现的信号进行处理和研究的方法。是一门涉及许多学科且广泛应用于许多领域的新兴学科。什么是DSP？DSP包括两层概念:1.数字信号处理（DigitalSignalProcessing——DSP）4《DSP技术及应用》课程属于这一层概念，所涉及内容为如何利用DSP芯片进行数字信号的处理。研究的内容为DSP芯片的结构和特点，如何通过程序编写，实现对数字信号的处理。2.数字信号处理器（DigitalSignalProcessor——DSP）强调的是通过专用集成电路芯片，利用数字信号处理理论，在芯片上运行目标程序，实现对信号的某种处理。5数学工具：微积分、复变函数、概率统计、随机过程、数值分析、高等代数、线性代数、泛函数等。基础理论：网络理论、信号与系统、现代控制理论（包括人工智能、模式识别、神经网络、模糊控制）、现代通信理论、故障理论和现代测量等。数字信号处理的理论基础：61.在通用的微型计算机（PC机）上用软件（如C、Fortran语言）实现。

缺点是：速度慢2.用单片机（如MCS-51、96系列等）实现。

缺点是：只用于简单数字信号处理。3.用通用的可编程DSP芯片实现。DSP芯片有更适合于数字信号处理的软件和硬件资源，非常适合于通用数字信号处理的开发，为数字信号处理的应用打开了新局面。

数字信号处理的实现方法：74.用于极高速信号处理的专用DSP芯片。缺点：灵活性差，开发工具不完善。5.在通用的计算机系统中加上加速卡实现。

缺点：需核心含DSP的用户加速卡。6.用FPGA等产品实现数字信号处理算法。缺点：专用性太强，而且这种方法的研发工作也主要不是由一般的用户来完成的。8第一节DSP系统概述DSP系统模拟系统数字信号模拟信号实时处理模拟器件FPGA/CPLDDSP芯片强调控制运算过程9一、DSP系统的特点

1.精度高难17位字长模拟网络元件（R、L、C等）模拟网络系统数字系统DSP、D/A精度10-3精度10-3102.可靠性强信号信号放大器A放大器B计算机A计算机B只要误差不超过0、1判决电平A、B结果可能不同A、B结果果相同113.集成度高

表面贴装ASIC芯片DSP系统DSPCPLDFPGA开发压缩体积降低成本124.接口方便以现代数字技术为基础的系统或设备都是兼容的，系统接口方便。5.灵活性好

DSP系统DSPCPLDFPGA可编程可编程可编程改变软件不同的功能硬件更简单DSP系统开发周期大大缩短136.保密性好

DSP系统DSPCPLDFPGA保密性好保密性好保密性好隐蔽内部总线地址变化做成ASIC保密性能几乎无懈可击147.时分复用

系统n信道1信道2信道n信号的采样频率与DSP系统的运算速度相比较低的场合。实时性要求不高的场合。

应用场合系统2系统1DSP系统15二、DS篇P系统床的设地计思硬路抗混截叠滤波字器A/岗DD/秆ADS来P芯片平滑津滤波敬器输入输出典型听的DS莫P系统16DS抓P系统师设计绿前：明确掠设计恶任务给出缓设计凳任务洲书功能交描述颗准确功能钉描述师清楚描述驱的方勉式人工农语言流程庭图算法旁描述将设医计任术务书蛮转化落为量新化的垫技术汉指标社。1.总体检方案济设计DS悼P应用定义台系统香性能懒指标选择DS息P芯片软件编程硬件设计软件调试硬件调试系统赌集成系统蜂调试17技术简指标裕的确袍定系统雷采样频率信号频率最复甩杂的俱算法所需守最大目时间对实怨时程度的你要求片内酸、外RA症M的容巾量数量及及程及序的长千短16、32位定点阵、浮裹点运恐算系统志所要饿求的泊精度输入位输出端口或要求计算贴、控钳制选定DS演P芯片脸型号18成本供货脉能力技术羡支持开发腥系统体积功耗工作南环境渡温度DS惭PA/双DD/廉ARA盼M性能凭指标其它燥因素或的考可虑19总体纸设计算法仿真高级语言Matlab最佳算法初步参数系统稿初步挪分工软件硬件202.软件替设计府阶段源程毅序汇编恒器汇拔编目标文件链接栗器连绞接调试彩器调争试代码炉转换C语言汇编语言混合语言代码写入EEPROM可执卫行文夫件软件秋仿真反复

213.硬件线设计始阶段确定贵最优殃硬件炉实现只方案画出翻硬件兼系统砍框图性能蔬指标工期成本汁等硬件实现方案器件的选型DS陪P芯片销、A/尿DD/誓A、内存把、电悬源、蛾逻辑沿控制华、通阿信、嫂人机伏接口蜻、总柔线等22DS漫P芯片根据爬是用眼于控权制还早是计恩算目晒的，孤选择搭：不同坊的厂榴商不同杰系列不同皂工作狸频率不同防工作批电压不同续工作短温度采用钉定点驴或浮吵点型动芯片器件借的选疗型原辆则23器件武的选喇型原浮则A/D变换D/A变换根据采样频率、精度：确定A/D型号是否要求片上自带采样保持器多路器基准电源等。

根据信号频率、精度：是否要求基准电源多路器输出运放等。

24存储境器RA宣M、EP睛RO休M（或EE凝PR恰OM、Fl挽as较h喝Me见mo约ry），主要晕考虑誓：工作常频率内存浙容量奏位长雷（8位/1丧6位/3露2位）接口煎方式摸（串篇行/并行杨）、工作葬电压孟（5V制/3件.3扒V或其勺他）杜。器件芽的选洽型原卧则25逻辑涂控制先确知定所尿用器借件，荣如PL括D、EP牲LD或FP堂GA；再根棍据自武己的彼特长会和公卸司芯末片的驾特点窄决定卫采用相哪家塑公司仓的哪劝一系葡列产腐品；最后疲根据DS肉P芯片穷的频罢率决贩定芯简片的钓工作接频率捉，并绿以此集来确毫定使恨用的撕芯片袍。器件与的选虫型原鬼则26通信姓接口根据共与其父他系她统通杰信的得速率担决定码采用崇的通条信方怀式：串口并口总线器件从的选模型原同则27总线山选择根据决使用凡场合革、数锯据传永输速标率的烟高低价（总猎线宽归度、貌频率晶高低霜、同含步方惯式等郑）选谜择：PC锡IIS凤A现场享总线器件蛾的选妙型原傻则28器件允的选两型原帜则人机接口电源选取可以通过单片机构成通信，也可在DSP的基础上直接构成。键盘显示器等

主要考虑电压的高低和电压的大小。电压高低要匹配电流容量要足够29必须氧清楚剪了解肚器件她的使煮用和骨系统驻的开识发，孔对于驰关键学环节乖要做绪仿真岂。原理速图设引计PC凳B板设柄计要求DS峰P系统谨设计链人员得既要陶熟悉温系统刊工作甩原理咬，又拉要清模楚布议线工年艺和紧系统岗结构方设计政。软、硬件兵调试借助养仿真勇工具翁或开盖发工茅具进剧行软刷、硬突件仿殊真调睛试时恶，往螺往要鹊反复础多次凯调试虫。304.系统驶集成系统丸集成遣：是将阵软硬吹件结任合起授来，景并组钓合成辫样机订，在狱实际晌系统贼中运攻行，霉进行狭系统虑测试遇。如果锣系统耻测试袍结果土符合魄设计尺指标和，则膛样机喷设计效完毕歪。但由拘于在丝式软硬膏件调尸试阶透段调叠试的筒环境挣是模夸拟的兆，因普此在仁系统健测试举时往房诚往会上出现坐一些角问题胆，应临找出练原因茎，不忠断改劣进。31第二残节DS票P芯片铺技术杂的发凉展19号78年，AM允I公司生产钉的S2蔬81块1；19度79年美广国In软te拿l公司的商壳用可阅编程豆器件29纲20；这两沉种是DS裂P芯片债的一边个主严要里完程碑继。特点毫：没赞有现页代DS吗P芯片惩所必概须有委的单语周期蜂乘法凤器。19聚80年，蒜日本NE测C公司推出μP太D7弹72困0。特点蝴：是闹第一乎片具率有乘猜法器双的商茅用DS微P芯片修。3219彩82年，滴美国德州艳仪器迟公司（Te鼻xa汽s谨In桐st踩ru弯me返nt她s—馋—T削I）推出垂第一玩代DS示P哄TM败S3显20薄01快0及其灿系列悔产品细，目门前已录发展等到第宽六代贷。TI公司渗的系奋列DS悔P产品熟已经肃成为邪了当筋今世匪界最桶有影筋响的DS伙P芯片却，其DS乱P市场炼占有乖量占诸全世落界份颤额的禁近50堂%，成用为世他界上膀最大才的DS茧P芯片呆供应毕商。3319楼82年，日本息东芝霉公司推出绝浮点DS浩P芯片革。19争84年，AT搬&T公司推出DS狱P3卷2，是较颠早的下具备凯较高周性能括的浮赴点DS淡P芯片朵。19闭86年，Mo磨to充ro涛la公司推出向了定霜点DS愧P类MC矿56遵00业1。19库90年，秧推出宰了与IE阿EE浮点派格式戚兼容勿的浮机点DS茂P芯片MC菠96剧00识2。美国模拟耽器件西公司（An点al窗og窝D碗ev谁ic眉es怠—A锯D）相继缎推出旁了定贩点DS赴P芯片AD近SP丘21伶xx系列辅，浮境点DS钥P芯片AD枯SP关21主0x智x系列飘。3420多年素来，DS况P芯片候得到番了迅衫猛发臣展，扰主要送体现扇在如塑下方下面：1.在生察产工纽奉艺上采用1µ期m以下错的CM鲁OS制造辱工艺钢技术蒸和砷壳化镓善集成狐电路抓制造瓦技术贴，使托集成央度更油高，纲功耗患更低索，从门而使炮高频扔、高扯速的DS遣P处理奔器得宏到更烦大的嫁发展退。2.基本暴结构单上以RI肆SC结构软、单泰片并践行计矩算机怜结构消为主朵导，间脉冲患阵列陆和数万据流疼阵列父也将橡成为吃并行身处理拨器的设主要蚀体系轮结构揪。设次计、库测试昼简单趟，易长模块衡化，户易于察实现毒流水盏线操傍作和棕多处弱理器钳结构滋。353.模拟/数字索混合桐上集滤卸波、A/桐D、D/竹A及DS愧P处理策于一寺体，毫将成知为DS罢P发展萍的主奖要方扁向，姻是DS迟P厂商拢的主塌要增去长点匆。4.次D骗SP技术费与AS旅IC技术寸融合瓣上在DS深P芯片胖中嵌锐入AS编IC模块肤，进陈一步插扩大DS粮P逻辑复控制池功能扑。5.代码旧兼容仪性上将推丈出更稀新的累、更匆强大旧的优扒化C编译馒器来乓适应邪不同茧型号沫的DS养P代码有生成灯，各促种DS卷P的开傅发、今加速仗、并垒行处惊理插鸦件板脑也将蹄大量慨涌现巨。36第三驼节DS厅P芯片陵的选幸择设计DS颜P应用孕系统喉，选鞭择DS雅P芯片晴是非射常重刺要的童一个建环节阔。只有包选定秘了DS板P芯片汪才能乳进一仿步设鹊计其基外围垫电路经及系榨统的叶其它旷电路莲。选择顶原则舰：根据充实际炕应用艇系统堡需要敌、应旁用场府合、察目的啄，选择怖满足搏所需但功能竟、成精本低级、耗千电小外、使尽用方烂便、化有技装术支债持、它升级举方便太的芯洽片。371．TI公司哄的DS斑P芯片TI公司沈常用恩的DS释P芯片牙可以幅归纳匀为三蛇大系梢列：（1）TM鸡S3红20趟C2控00偷0系列，称为DS共P控制尖器，数集成牲了fl胀as逐h存储械器、灶高速A/泛D转换末器以稍及可范靠的CA林N模块赢及数蒜字马蜓达控钳制的贞外围沟模块谅，适求用于精三相港电动渴机、厦变频菠器等周高速渴实时附工控昨产品殖等需第要数崇字化肤的控箭制领于域。（2）TM萌S3习20动C5弱00贫0系列，这是16位定宵点DS逢P。主要槽用于古通信勤领域母，如IP电话锡机和IP电话识网关财、数辰字式参助听框器、卖便携喂式声犹音/数据/视频奖产品养、调戴制解啄调器沟、手御机和听移动键电话快基站果、语或音服揉务器胳、数榆字无毫线电错、小历型办楚公室膨和家领庭办鉴公室树的语搂音和杯数据位系统茎。一、席主要脖的DS歪P芯片哑种类38（3）TM声S3钢20威C6甩00叙0系列DS滤P采用晃新的水超长厚指令说字结阀构设艘计芯吴片。衣其中20群00年以乘后推湾出的C6光4x，在时华钟频筹率为1.贸1G侄Hz时，肾可达揉到88恢00扎MI柱PS以上守，即窝每秒壳执行90亿条涌指令眨。其投主要校应用取领域减为：1）数连字通惭信完成FF朴T、信道清和噪窗声估佛计、个信道商纠错闯、干兽扰估揉计和科检测德等。2）图脉像处吼理完成伪图像骂压缩巡寿、图斑像传根输、障模式悔及光狐学特符性识暑别、袖加密/解密吓、图橡像增坟强等山。392．AD公司挖的DS晚P芯片特点坝：系咐统时准钟一赵般不限经分赌频直屋接使踩用。定点DS妄P芯片袖的程包序字滨长为24位，杰数据骆字长池为16位。一般完具有2个串俯行口步、1个内缸部定处时器纲和3个以乱上的辟外部笛中断弹源，兽此外印还提穗供8位EP炸RO贱M程序毁引导享方式尼。浮点DS碍P芯片宿，程不序存魄储器疑为48位，垄数据彼存储齿器为40位，支持32位单浊精度饮和40位扩畜展精俩度的IE症EE浮点优格式描，内挤部具设有32嫁×4槽8位的钱程序Ca杀ch搭e，有3至4个外拣部中绒断源精。40AD语的B宣LA至CK齐FI屋N垒AD震SP酒-2许15纷35413．AT毅&T公司语的DS歌P芯片定点DS神P芯片的程姿序和贝数据峰字长膜均为16位，暗有2个精舅度为36位的冻累加丹器，群具有1个深殃度为15字的座指令Ca聪ch宫e，片内证具有2K字的垄程序RO原M和51愚2字的迹数据RA静M。浮点DS打P芯片，80框/1绳00苏ns的指洒令周四期，摆片内冤具有3个51术2字的RA坛M块，伴或2个51直2字的RA哨M块加1个4K字的RO慎M块。崇可以星寻址4M字的痰外部典存储谜器。出具有4个40位精巩度的篇累加蹈器和22个通闹用寄鼻存器宜。42LU砌CE谷NT用ST躺AR景CO母RE开发滴的新DS烘P434．Mo傲to萄ro递la公司伪的DS古P芯片定点DS李P芯片程序塑和数堤据字百长为24位，狱有2个精敲度为36位的顶累加削器。浮点DS矿P芯片，累监加器暑精度农达96位，湿可支诱持双葵精度焦浮点赶数，鹊该芯凭片的续指令册周期树为50蜘/6绘0/消74顿ns。内部获具有10个96位或32位基呈于寄半存器络的累搏加器水。适合政于自聋适应皂滤波述的专我用定飘点DS裤P芯片摩，程箩序字桨长和盲数据乔字长伐分别礼为24位和16位，供累加坡器精押度为40位。44455．其或他公刺司NE换C公司养的μP技D7糊7C誓25、μP悠D7确72想20定点DS泉P芯片胆和μP列D7槐72屋40浮点DS记P芯片养等。LU炮CE秀NT的DS朵P1扣60逝0等，IN析TE叮L也有附自己福的DS克P产品骂。INTEL&AD的新DSPCORE461．DS晶P芯片吹的运泰算速葛度MA旧C时间销：一次班乘法朋和一丑次加誓法的床时间傅。大峰部分DS雪P芯片扩可在良一个曾指令鼻周期塞内完俘成一巨次乘嘴法和仙一次慨加法遗操作窑。FF额T执行潜时间彩：运行廊一个N点FF皮T程序粘所需恨时间呢。由钢于FF寇T运算侮在数叮字信蒙号处截理中订很有脖代表誓性，肯因此FF皇T运算丽时间遮常作件为衡池量DS齐P芯片剧运算消能力像的一既个指失标。MI澡PS：每秒昨执行任百万迹条指蛙令。MO未PS：每秒另执行饲百万掏次操改作。MF嫩LO拜PS：每秒匪执行踩百万尺次浮咬点操周作。BO丝式PS：每秒符执行仪十亿计次操滔作。二、庆选择气芯片菊考虑让的因弄素472．DS狱P芯片兼的价逮格如果臂采用缸价格要昂贵完的DS熔P芯片目，即背使性稻能再状好，冷其应陪用范咏围也起受到诱一定细限制罚，尤小其是抄民用罚产品贷。3．DS景P芯片凉的硬牲件资协源不同DS塑P芯片寨所提跟供的阔硬件过资源君不同饼，如垫片内RA慌M、RO柿M的数阵量，皇外部籍可扩教展的员程序吃和数筒据空暂间，擦总线累接口辆、I/蓄O接口歉等。4．DS援P芯片仆的运杯算精粒度一般然的定材点DS窜P芯片投字长贡为16位，讽少数24位。清浮点己芯片谢的字昌长一亦般为32位，呜累加你器为40位。485．DS虹P芯片雪的开牧发工甘具在DS屑P系统辞的开束发过慨程中叙，如埋果没占有开刚发工耕具的傅支持灾，要封想开瘦发一帆个复寄杂的DS薄P系统犬几乎泳是不肾可能智的。闸功能律强大古的开哪发工桶具，麦可使想开发六时间宾大大饥缩短茶。6．DS妹P芯片乔的功没耗便携秃式的DS兔P设备轻、手躺持设形备、巷野外谁应用杨的DS铺P设备下等对皮功耗淋有特稳殊的迟要求丽。7．其燃他因迹素除了己上述蛇因素胞外，碗还要床考虑填到封肚装形忆式、柱质量狠标准护、供它货情轿况、林生命座周期流等。49一般郊地讲仁：定点DS振P芯片天的价啊格较理便宜辨，功右耗较包低，色但运饿算精滴度稍脱低。浮点DS友P芯片岂的优掩点是唉运算愚精度床高，微用C语言丧编程辣调试驳方便淡，但旋价格饲稍高禁，功剖耗较匆大。DS督P应用厕系统调的运艳算量洁是确肉定选纯用DS盆P芯片不处理腹能力当的基鞭础。瓶运算证量小纱，则灾可选杀用处冤理能均力不火是很好强的DS舌P芯片免，降刊低系矩统成馅本。如果刻单片DS惹P芯片算达不娇到要梯求，碰则需猛选用灶多个DS随P芯片态并行访处理雁。50第四筹节DS默P芯片牺的主要泡优点脖与应泪用领桨域一、DS洽P芯片疮的优双点1．哈兵佛结环构2．多海总线戴结构业和多介处理朱单元3.流水差线技肉术4．特阴殊的DS筋P指令5．指剖令周破期短6.运算壮精度片高7.硬件剥配置甚强8.耗电挂省51二、DS鸟P芯片铃的主辩要应急用领篮域据预性测，打到20叙07年，DS川P的市法场将辅达到50侮0亿美跌元。颂目前DS喜P的应批用主守要包暴括如瓣下方抗面：（1）信漂号处蕉理如数演字滤扭波、漠自适谋应滤泼波、神快速艇傅里沙叶变凝换、顽希尔溪伯特置变换汽、小占波变逃换、美相关巩运算苗、谱她分析万、卷普积、伴模式松匹配跟、加己窗、嘴波形倒产生派等。52（2）通悬信如调管制解手调器抚、自候适应刘均衡著、数色据加厉密、办数据伟压缩僻、回架波抵唱消、秒多路抄复用侨、传遮真、束扩频叙通信阳、纠针错编嘉码、胞可视介电话冒、个开人通档信系激统、移动洋通信扶、个胶人数责字助弃手（PD盏A）、X.茫25分组如交换融开关肺等。（3）语尚音如语问音编捏码、拉语音千合成沟、语以音识谊别、矮语音孟增强伟、说扑话人葛辨认匠、说慈话人尾确认转、语轰音邮档件、雀语音蜜存储脑、扬眠声器头检验迹、文栽本转扁语音湾等。53（4）军京事如保援密通首信、坐雷达椒处理紧、声歌纳处评理、悉图像明处理只、射悦频调弟制解退调、应导航灰、导旱弹制书导等态。（5）图洲形与奖图像如二戴维和唯三维岂图形弱处理睁、图蛋像压疲缩与阿传输失、图锤像增许强、胀动画筝与数删字地传图、称机器纸人视杯觉、肿模式榜识别没、工蛋作站叠等。（6）仪齿器仪参表如频虑谱分燃析、宏函数营发生庭、锁涂相环验、地装震处直理、直数字洞滤波带、模述式匹虹配、张暂态耻分析免等。54（7）自故动控配制如引担擎控葵制、擦声控永、机劈燕器人封控制昨、磁报盘控奇制器串、激肾光打往印机苍控制税、电山动机尿控制蹈等。（8）医磁疗助听刮器、洽超声煤设备亿、诊房诚断工鞭具、贫病人芹监护冒、胎穴儿监伐控、疤修复域手术仗等。（9）家佛用电隐器如高取保真喇音响治、音花乐合唯成、哭音调借控制贼、玩台具与弓游戏庭、数个字电沃话与园电视欢、电去动工闲具、倾固态晶应答县机等云。（10）汽腿车如自辜适应症驾驶有控制森、防别滑制史动器志、发伟动机饭控制摆、导婆航及芽全球进定位贯、振翼动分耐析、狮防撞定雷达涝等。55第五保节DS司P应用蛛系统提的开竟发工绿具开发情工具远的好泡坏对偿代码婶的长久度、高代码邪的执辈行速踩度起月着关膀键的殿作用罚，开融发工渐具的向功能子是否晨齐全腿，使音用是割否方凶便，吩在很烧大程辽度上摇将影控响DS撤P系统驼的开治发周宜期以寺及产绵品上敬市时柏间。由于创不同器厂商唤、不喜同系钢列的DS乘P都有个自己黄的开傍发工崖具，胀因此抱开发追工具矩的选地择也经是重完要的门一环足。56代码践产生艺工具对用对户开棕发的巧高级浸语言哲或汇狱编语促言源蜻代码龙进行咏编译细，生遍成可顺以在伶目标DS颂P上运种行的机可执波行代苹码。代码边调试孕工具根据岂调试碌者的臭命令柏观察DS解P的状迹态，民控制DS谱P代码尖的执姜行，获进行扯结果姓显示给，对绩用户区的代经码进妖行调斜试或坊性能戴测试蜡。DS骆P的开幻玉发工需具571.代码蛋产生宁工具（1）TM速S3匆20优化C编译雁器（Op斜ti煎mi龄zi窝ng尊A壮NS部I阻C捏Co丘mp挺il猛er全s）C编译巴器的电输入辅是C语言烧源代崇码，舱输出缝为TM悲S3典20汇编炕代码咳，它席用于录把符五合AN液SI标准穴的C代码纲转换劣为目条标DS匠P汇编掩代码盯，使世用户陷可以往用C语言臣编写餐代码谎。并摘且，断配套模的代时码调格试工献具支施持C代码栏的源事码调领试。TI公司百的编体译器售支持挽除TM飘S3白20炊C1弊x外的堂所有DS证P产品希。TI公司燥的开箭发工全具58（2）TM段S3钓20汇编项器、咏连接床器（As凑se惰mb族le披r、Li礼nk汪er）汇编爱器和喜连接炎器用天于把币汇编泪代码今转换慎为可纯在目拼标DS潜P上运短行的眼可执仍行目饺标代骨码。支持席宏汇右编和询目标滤库，须产生泽的目侧标代互码可龙重新求定位茧，在恳程序播地址祥空间拆中的节具体船地址桂可变牌。其中鼓汇编鸡器用贸于把裹汇编砖语言解文件吴转换尾成机舍器语和言的偏目标拦文件职。连捡接器颠用于臭把多颈个目穴标文盏件连杂接成叮可执叛行的突目标验代码遭。在从连接移过程彼中，