浅谈DSP系统的设计

浅谈DSP系统的设计摘要：DSP是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科，并随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。文章主要对DSP系统设计的要点进行了总结分析，以供参考。关键词：DSP算法软硬件设计1、引言随着数字化的急速进程，DSP技术的地位突显出来。因为数字化的基础技术就是数字信号处理，而数字信号处理的任务，特别是实时处理(Real-TimeProcessing)的任务，是要由通用型或专用型DSP处理器来完成的。因此，在整个半导体产品的增长趋缓时，DSP处理器还在以较快的速度增长。2、算法研究与优化这一阶段主要是根据设计任务确定系统的技术指标。首先应根据系统需求进行算法仿真和高级语言(如MATLAB)模拟实现，通过仿真验证算法的正确性、精度和效率，以确定最佳算法，并初步确定相应的参数。其次核算算法需要的DSP处理能力，一方面这是选择DSP的重要因素，另一方面也影响目标板的DSP结构，如采用单DSP还是多DSP，并行结构还是串行结构等。最后算法还要反复进行优化，一方面提高算法的效率，另一方面使算法更加适合DSP的体系结构，如对算法进行并行处理的分解或流水处理的分解等，以便获得运算量最小和使用资源最少的算法。3、DSP芯片及外围芯片的确定随应用场合和设计目标的不同，DSP选择的依据重点也不同，通常需要考虑以下因素：3.1DSP芯片的运算速度运算速度是DSP芯片一个最重要的性能指标，也是选择DSP芯片时所需要考虑的一个主要因素。设计者先由输入信号的频率范围确定系统的最高采样频率，再根据算法的运算量和实时处理限定的完成时间确定DSP运算速度的下限。3.2DSP芯片的运算精度由系统所需要的精度确定是采用定点运算还是浮点运算。参加运算的数据字长越长精度越高，目前，除少数DSP处理器采用20位、24位或32位的格式外，绝大多数定点DSP都采用16位数据格式。由于其功耗小和价格低廉，实际应用的DSP处理器绝大多数是定点处理器。为了保证底数的精度，浮点DSP的数据格式基本上都做成32位，其数据总线、寄存器、存储器等的宽度也相应是32位。在实时性要求很高的场合，往往考虑使用浮点DSP处理器。与定点DSP处理器相比，浮点DSP处理器的速度更快，但价格比较高，开发难度也更大一些。3.3片内硬件资源由系统数据量的大小确定所使用的片内RAM及需要扩展的RAM的大小；根据系统是作计算用还是控制用来确定I/O端口的需求。不同的DSP芯片所提供的硬件资源是不相同的，如片内RAM、ROM的数量，外部可扩展的程序和数据空间，总线接口、I/O接口等。即使是同一系列的DSP芯片(如TI的TMS320C54x系列)，系列中不同DSP芯片也具有不同的内部硬件资源，以适应不同的需要。在一些特殊的控制场合有一些专门的芯片可供选用，如TMS320C2xx系列自身带有2路A/D输入和6路PWM输出及强大的人机接口，特别适合于电动机控制场合。3.4DSP芯片的功耗在某些DSP应用场合，功耗也是一个很重要的问题。功耗的大小意味着发热的大小和能耗的多少。如便携式的DSP设备、手持设备(手机)和野外应用的DSP设备，对功耗都有特殊的要求。4、软硬件设计阶段软硬件设计一般可以分为以下几个步骤：(1)按照选定的算法和DSP芯片对系统的各项功能是用软件实现还是硬件实现进行初步分工，例如FFT、数字上/下变频器、RAKE分集接收是否需要专门芯片或FPGA芯片实现，译码判决算法是用软件判决还是硬件判决，等等。(2)根据系统技术指标要求着手进行硬件设计，完成DSP芯片外围电路和其他电路(如转换、控制、存储、输出输入等电路)的设计。(3)根据系统技术指标要求和所确定的硬件编写相应的DSP汇编程序，完成软件设计。当然，软件设计也可采用高级语言进行，如TI公司提供了最佳的ANSIC语言编译软件，该编译器可将C语言编写的信号处理软件变换成TMS320系列的汇编语言。由于现有的高级语言编译器的效率还比不上手工编写汇编语言的效率，因此在实际应用系统中常常采用高级语言和汇编语言的混合编程方法，即在算法运算量大的地方，用手工编写的方法编写汇编语言，而运算量不大的地方则采用高级语言。采用这种方法，既可缩短软件开发的周期，提高程序的可读性和可移植性，又能满足系统实时运算的要求。5、系统集成与测试阶段系统的软件和硬件分别调试完成后，就可以将软件脱离开发系统而直接在应用系统上运行，评估是否完成设计目标。当然，DSP应用系统的开发，特别是软件开发是一个需要反复进行的过程，虽然通过算法模拟基本上可以知道实时系统的性能，但实际上模拟环境不可能做到与实时系统环境完全一致，而且将模拟算法移植到实时系统时必须考虑算法是否能够实时运行的问题。如果算法运算量太大而不能在硬件上实时运行，则必须重新修改或简化算法。参考文献[1]王跃宗,刘京会.《TMS320DM642DSP应用系统设计与开发》.人民邮电出版社,2009.[2]彭启琮,武乐琴,张舰.《TIDSP系列中文手册：TMS320VC55x系列DSP的CPU与外设》.清华大学出版社,2005.[3]刘艳萍.《DSP技术原理及应用教程》.北京航天航