第一章DSP技术概述-陈金鹰-DSP技术及应用.ppt

1、1.DSP技术与应用，陈教授(博士)，信息工程与通信工程系，2。第一章：数字信号处理器技术概述，第二章：数字信号处理器芯片结构介绍，第三章：数字信号处理器指令系统及特点，第四章：数字信号处理器软件开发流程，第五章：汇编语言编程实例，主要内容，第三章：数字信号处理器技术概述，第三章：数字信号处理器芯片的选择，第一章：数字信号处理器系统概述，第四章：数字信号处理器芯片的主要优势及应用领域，第五章：数字信号处理器应用系统开发工具，第二章：数字信号处理器芯片技术开发， 第四节概述数字信号处理器系统、数字信号处理器系统、模拟系统、数字信号、模拟信号和运算过程，重点介绍控制和实时处理、现场可编程门阵列/可

2、编程逻辑器件、数字信号处理器芯片和模拟器件。 1.高精度模拟网络元件(r、l、c等)，精度10-3，模拟网络系统，困难，数字系统，17位字长，数字信号处理器，数模转换器，精度10-3，6，2。强可靠性，信号，放大器a，信号，放大器b，计算机a，计算机数字信号处理器系统，表面贴装，专用集成电路芯片，数字信号处理器可编程逻辑器件现场可编程门阵列，开发，体积缩小和成本降低，8，4。方便的界面。基于现代数字技术的系统或设备兼容，系统接口方便。5.灵活性好，数字信号处理器系统，数字信号处理器可编程逻辑器件现场可编程门阵列，可编程，可编程，可换软件，不同的功能，更简单的硬件，大大缩短了数字信号处理器系统的

3、开发周期，9，6。保密性好，数字信号处理器系统，数字信号处理器可编程逻辑器件现场可编程门阵列，可编程，可编程，保密性好，隐藏内部总线地址的变化，使专用集成电路，几乎保密的性能。系统n，通道1，通道2，通道n，实时要求不高。应用，数字信号处理器系统，系统2，系统1，11，2，数字信号处理器系统设计思想，输入，抗混叠滤波器，模数，数模，数字信号处理器芯片，平滑滤波器，输出，典型数字信号处理器系统，12，1。总体方案设计：在DSP系统设计之前，13、技术指标的确定、系统采样频率、信号频率、最复杂算法所需的最大时间、实时范围的要求、片内和片外RAM的容量和数量以及程序的长度、16位和32位定点和浮点运

4、算、系统所需的精度、输入和输出端口的要求、计算和控制、以及DSP芯片的选择成本、电源容量、技术支持、开发系统、体积、功耗、工作环境温度、 数字信号处理器、数模转换器、内存、性能指标、其他因素考虑、15、总体设计、算法仿真、高级语言Matlab、最佳算法、初步参数、软件、系统初步分工、硬件、16、2。 软件设计阶段，源程序，链接器连接，调试器调试，代码转换，C语言汇编语言混合语言，代码写入EEPROM，可执行文件，软件模拟，反汇编，17，3。硬件设计阶段，硬件实施方案，确定最佳硬件实施方案，绘制硬件系统框图、性能指标、工期成本等。器件选择、数字信号处理器芯片、模数转换器、存储器、电源、逻辑控制、

5、通信、人机接口、总线等。18、数字信号处理器芯片、根据其是否用于控制或计算目的，选择：不同厂家、不同系列、不同工作频率、不同工作电压和不同工作温度使用定点或浮点芯片，器件选择原则、19、模数转换、根据采样频率、器件选择原则、数模转换、根据信号频率和精度：是否需要基准功率多路复用器输出运算放大器等。20、内存、随机存取存储器、可编程只读存储器(或可编程只读存储器、闪存)，主要考虑：工作频率、存储容量、位长(8位/16位/32位)、接口模式(串行/并行)、工作电压(5V/3.3V或其他)。设备选择的原则，21、逻辑控制，首先确定所使用的设备，如可编程逻辑器件、EPLD或现场可编程门阵列；然后根据自

6、己的专长和公司芯片的特点，决定使用哪家公司的哪一系列产品；最后，根据DSP芯片的频率，确定芯片的工作频率，进而确定所使用的芯片。，设备选择原则，22，通信接口，根据与其他系统的通信速率采用的通信模式：串并行总线，设备选择原则，23，总线选择，PCI ISA现场总线，设备选择原则，24，人机接口，可由单片机根据应用场合和数据传输速率(总线宽度、频率、同步方式等)形成。)键盘显示等。设备选择原则，电源选择，主要考虑电压等级和电压。电压水平应与电流容量足够匹配，25，并且有必要清楚地了解设备的使用和系统的开发，并模拟关键环节。原理图设计和印刷电路板设计要求数字信号处理器系统设计人员熟悉系统的工作原理

7、，并清楚布线过程和系统结构设计。调试软件和硬件，当通过仿真工具或开发工具调试软件和硬件时，经常需要反复调试。26，4。系统集成，系统集成：它是把软件和硬件结合起来，把它们结合成一个原型，在实际系统中运行，并测试系统。如果系统测试结果满足设计指标，则设计样机。但是，由于调试环境是在软硬件调试阶段模拟的，所以在系统测试中经常会出现一些问题，所以我们应该找出原因并不断改进。27、第二节数字信号处理器芯片技术的发展，1978年，S 2811由AMI公司生产；1979年，英特尔公司的商用可编程器件2920；这两种类型是数字信号处理器芯片的一个重要里程碑。特点：现代数字信号处理器芯片不需要单周期乘法器。1

8、980年，日本电气公司推出了PD7720。特点：这是第一个带乘法器的商用数字信号处理器芯片。1982年，德州仪器推出了第一代数字信号处理器TMS320010及其系列产品，现在已经发展到第六代。德州仪器的数字信号处理器系列产品已成为世界上最具影响力的数字信号处理器芯片，其数字信号处理器市场份额占世界总份额的近50%，使其成为世界上最大的数字信号处理器芯片供应商。1982年，日本东芝公司引进了浮点数字信号处理器芯片。1984年，ATT公司推出了DSP32，这是一种早期的高性能浮点数字信号处理器芯片。1986年，摩托罗拉推出了定点数字信号处理器MC56001。1990年，引入了与IEEE浮点格式兼容

9、的浮点数字信号处理器芯片MC96002。美国模拟设备公司先后推出了定点数字信号处理器芯片ADSP21xx系列和浮点数字信号处理器芯片ADSP210 xx系列。近30年和20年来，数字信号处理器芯片发展迅速，主要体现在以下几个方面：(1)在生产过程中采用了小于1米的CMOS制造技术和GaAs集成电路制造技术，使得集成度更高，功耗更低，从而使高频高速数字信号处理器得到更大的发展。2.RISC结构和单片并行计算机结构在基本结构上占主导地位，脉冲阵列和数据流阵列也将成为并行处理器的主要结构。它易于设计和测试，易于模块化，易于实现流水线操作和多处理器结构。滤波、模数、数模和数字信号处理的模拟/数字混合集

10、成将成为数字信号处理器发展的主要方向和数字信号处理器制造商的主要增长点。4.在将数字信号处理器技术和专用集成电路技术相结合的基础上，将专用集成电路模块嵌入到数字信号处理器芯片中，进一步扩展了数字信号处理器的逻辑控制功能。5.在代码兼容性方面，将引入更新、更强大的优化C编译器，以适应不同类型的数字信号处理器代码生成，用于数字信号处理器开发、加速和并行处理的各种插件板也将大量涌现。第三部分：数字信号处理器芯片的选择，数字信号处理器应用系统的设计，数字信号处理器芯片的选择是一个非常重要的环节。只有选择了数字信号处理器芯片，才能进一步设计系统的外围电路和其它电路。选择原则：根据实际应用系统需求、应用场

11、合和用途，选择满足所需功能、成本低、功耗低、使用方便、技术支持和升级方便的芯片。TI CAN常用的DSP芯片可归纳为三大系列：(1)TMS320C2000系列，称为DSP控制器，集成了闪存、高速模数转换器、可靠的CAN模块和数字电机控制外围模块，适用于高速实时工业控制产品等数字控制领域(2)TMS320C5000系列，16位定点数字信号处理器。主要用于通信领域，如IP电话和IP电话网关、数字助听器、便携式语音/数据/视频产品、调制解调器、移动电话和移动电话基站、语音服务器、数字收音机、小型办公室和家庭办公室的语音和数据系统。1。主要数字信号处理器芯片类型，34。(34)、(3)TMS320C6

12、000系列数字信号处理器采用新的超长指令字结构设计芯片。其中，2000年以后推出的C64x，当时钟频率为1.1千兆赫时，可以达到8800多万条，即每秒可以执行90亿条指令。其主要应用领域有：1)快速傅立叶变换、信道和噪声估计、信道误差校正、干扰估计和检测等。2)图像处理完成图像压缩、图像传输、模式和光学特征识别、加密/解密、图像增强等。35，2AD公司数字信号处理器芯片的特点：系统时钟一般不用分频直接使用。定点DSP芯片的程序字长为24位，数据字长为16位。通常，它有两个串行端口、一个内部定时器和三个以上的外部中断源。此外，它还提供8位EPROM程序引导模式。浮点数字信号处理器芯片有48位程序

13、存储器和40位数据存储器，支持32位单精度和40位扩展精度的IEEE浮点格式，内部有3248位程序缓存，有3-4个外部中断源。BLACKFIN ADSP-21535，37，3ATT的定点数字信号处理器芯片有16位程序和数据字长，两个36位精度的累加器，一个15字深度的指令缓存，2K字程序只读存储器和512字数据随机存取存储器。一个指令周期为80/100纳秒的浮点数字信号处理器芯片有三个512字随机存取存储器块或两个512字随机存取存储器块加上一个4K字随机存取存储器块。具有4M字的外部存储器可以被寻址。它有四个40位精度的累加器和22个通用寄存器。38，LUCENT使用STARCORE开发新的

14、数字信号处理器，39，4摩托罗拉的数字信号处理器芯片定点数字信号处理器芯片程序和数据字长为24位，并且有两个36位精度的累加器。浮点数字信号处理器芯片的累加器精度为96位，可以支持双精度浮点数。芯片的指令周期为50/60/74ns。内部有十个96位或32位寄存器累加器。一种适用于自适应滤波的专用定点数字信号处理器芯片，程序字长和数据字长分别为24位和16位，累加器精度为40位。40、41、5 PD77C25、PD77220定点数字信号处理器芯片和其他公司NEC公司的PD77240浮点数字信号处理器芯片。朗讯的DSP1600等。英特尔也有自己的数字信号处理器产品。英特尔新的数字信号处理器核心，4

15、2.1数字信号处理器芯片的运算速度，媒体访问控制时间：一次乘法和一次加法的时间。大多数数字信号处理器芯片可以在一个指令周期内完成一次乘法和一次加法运算。快速傅立叶变换执行时间：运行一个N点快速傅立叶变换程序所需的时间。由于快速傅立叶变换运算在数字信号处理中具有很强的代表性，因此快速傅立叶变换运算时间经常被用作衡量数字信号处理器芯片运算能力的一个指标。每秒执行数百万条指令。MOPS:每秒执行数百万次操作。每秒执行数百万次浮点运算。每秒执行十亿次操作。第二，选择芯片时要考虑的因素，如果43，2DSP芯片价格昂贵，即使性能好，其应用范围也会受到一定的限制，特别是对于民用产品。3DSP芯片的硬件资源不

16、同于数字信号处理器芯片提供的硬件资源，如片内随机存取存储器和只读存储器的数量、外部可扩展程序和数据空间、总线接口和输入输出接口等。4.数字信号处理器芯片的运算精度通用定点数字信号处理器芯片的字长为16位，少数为24位。浮点芯片的字长一般为32位，累加器为40位。在数字信号处理器系统的开发过程中，没有开发工具的支持，开发一个复杂的数字信号处理器系统几乎是不可能的。强大的开发工具可以大大缩短开发时间。6数字信号处理器芯片功耗便携式数字信号处理器设备、手持设备和现场使用的数字信号处理器设备对功耗有特殊要求。除上述因素外，我们还应考虑包装形式、质量标准、供货情况、生命周期等因素。一般来说，定点数字信号

17、处理器芯片价格较低，功耗较低，但运算精度稍低。浮点数字信号处理器芯片的优点是运算精度高，用C语言编程调试方便，但价格稍高，功耗较大。数字信号处理器应用系统的计算量是决定数字信号处理器芯片处理能力的基础。如果计算量小，可以选择处理能力差的数字信号处理器芯片来降低系统成本。如果单个数字信号处理器芯片不能满足要求，应选择多个数字信号处理器芯片进行并行处理。46，第四节数字信号处理器芯片的主要优势和应用领域，1哈佛结构，2多总线结构和多处理器3流水线技术4特殊数字信号处理器指令5短指令周期6，高运算精度7，强硬件配置8，低功耗，47，2，数字信号处理器芯片的主要应用领域，预计2007年微处理器/微控制

18、器/数字信号处理器的总销售额将达到564亿美元，2007年微控制器的出货量预计将增长21%， 销售收入将达到140亿美元，比2006年的124亿美元增长13%。 2008年，微控制器销售额预计将再次增长13%，达到158亿美元。数字信号处理器预计以每年9%的速度增长，数字信号处理器销售额为79亿美元。预计2008年数字信号处理器市场将达到89亿美元，增长率为13%。48，49，50。二、数字信号处理器芯片的主要应用领域。目前，数字信号处理器的应用主要包括以下几个方面：(1)信号处理，如数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、希尔伯特变换、小波变换、相关运算、频谱分析、卷积、模式匹配、加窗、波形生成等。诸如调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回声消除、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、可视电话、个人通信系统、移动通信、个人数字助理(PDA)