數(shù)字信號處理講義--第10章數(shù)字信號處理的硬件實現(xiàn)

《數(shù)字信號處理講義--第10章數(shù)字信號處理的硬件實現(xiàn)》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第10章數(shù)字信號處理的硬件實現(xiàn)教學(xué)目的讓學(xué)生了解DSP芯片的特點、DSP芯片的發(fā)展、DSP的開發(fā)流程、DSP的應(yīng)用等知識，為后繼課程學(xué)習(xí)打點基礎(chǔ)。教學(xué)重點與難點本章主要是介紹性質(zhì)的內(nèi)容，主要是拓寬學(xué)生的知識面，不作為考試內(nèi)容。無教學(xué)重點難點。10.0概述DigitalSignalProcessing(DSP)：一門新的學(xué)科：研究信號分析與處理的理論和各種算法DigitalSignalProcessor(DSP)：數(shù)字信號處理器（一個芯片，或CPU）:將數(shù)字信號處理的理論用于實際。將信號處理的理論用于實際，即是“實現(xiàn)”：軟件實現(xiàn):

2、(教學(xué),科研,開發(fā)的前期)DSP軟件包MATLABSignalProcessingToolBox硬件實現(xiàn)：CPU,MCU,DSP有可能“實時實現(xiàn)”：所謂“實時（Real-Time）實現(xiàn)”，是指一個實際的系統(tǒng)在人們聽覺，視覺或按任務(wù)要求所允許的時間范圍內(nèi)能及時地完成對輸入信號的處理并將其輸出。例如，我們每天使用的手機(jī)，將要普及的數(shù)字電視等，都是實時的數(shù)字信號處理系統(tǒng)。要想在極短的時間內(nèi)完成對信號的處理，一方面需要快速的算法、高效的編程，另一方面，則需要高性能的硬件支持。數(shù)字信號處理器（DSP）即是為實時實現(xiàn)數(shù)字信號處理任務(wù)而特殊設(shè)

3、計的高性能的一類CPU。嚴(yán)格地說，“實時實現(xiàn)”是指，一個系統(tǒng)在每一個抽樣間隔內(nèi)都能完成全部所需要的計算任務(wù)，即：過程時間等待時間抽樣時間nn+1如果等待時間30則認(rèn)為該系統(tǒng)可以實時實現(xiàn)例如，階次的FIR濾波器，其輸入輸出關(guān)系是假定要處理的信號的抽樣頻率為200KHz，那么，該系統(tǒng)要在50內(nèi)，至少要完成100次乘法，99次加法，才談得上“實時實現(xiàn)”。CPU的類型：1、通用型CPU（GPP）；2、單片機(jī)（MCU）；3、DSP；4、嵌入式系統(tǒng)；5、ASIC；6、FPGA通用處理器（GPP）：?事務(wù)密集型處理機(jī)制?馮.諾依曼結(jié)構(gòu)：統(tǒng)一的

4、程序和數(shù)據(jù)空間?采取各種方法提高計算速度：（1）8-bitApple（6502），（2）NECPC-8000（Z80）（3）8086/286/386/486/（4）Pentium/PentiumII/PentiumIII（5）PowerPc64-bitCPU（6）（SUNSparc，DECAlpha,HP）單片機(jī)（MCU):控制密集型處理機(jī)制。4bit、8bit單片機(jī)多應(yīng)用于玩具、家電及工業(yè)控制；16bit單片機(jī)除控制功能外，還有較強的信息處理的能力。但實時處理較困難。（1）INTELMCS/48/51/96（98）（2）MOT

5、OROLAHCS05/011數(shù)字信號處理器（DSP）：運算密集型處理機(jī)制。最有可能實時實現(xiàn)復(fù)雜運算的器件！10.1DSP處理器的特點1.哈佛結(jié)構(gòu)，且是多總線結(jié)構(gòu)；Von-NeumannArchitectureHarvardArchitecture取指令和取數(shù)據(jù)分時進(jìn)行；取指令和取數(shù)據(jù)同時進(jìn)行在DSP中，廣泛采取多總線制，以便同時讀取幾個數(shù)據(jù)，提高了運算的速度，如C54芯片：C54的多總線結(jié)構(gòu)：高級多總線結(jié)構(gòu)：3個數(shù)據(jù)總線(CB,DB,EB)1個程序總線(PB)4個地址總線(PAB,CAB,DAB,EAB2.“流水線（pipeli

6、ne）式”的指令執(zhí)行實際上，DSP中采用多級流水線結(jié)構(gòu)3.具有硬件乘法器是DSP最突出的特點，從而大大提高了運算速度。數(shù)字信號處理中最常用的運算：乘法累加例如，4－bit無符號數(shù)相乘：HardwareMicrocode1011x1110100110101011x111000001011.1011..1011...Cycle1Cycle2Cycle3Cycle4Cycle5一步執(zhí)行10011010一步一步執(zhí)行例如：C54中的硬件乘法器4.高性能的DSP提供了“并行（parallel）”工作的能力。所謂并行，是指多個DSP，或DSP

7、內(nèi)部的多個單元同時在完成一個共同的任務(wù)；5.片上存儲器：(OnchipMemory);專用尋址單元：(AddressingLogic)它們與ALU并行工作;所有這些設(shè)置，都是為了提高運行速度；5.片上存儲器：(OnchipMemory);專用尋址單元：(AddressingLogic)它們與ALU并行工作;所有這些設(shè)置，都是為了提高運行速度；7.高的時鐘速度，極快的運算能力：MFLOPS：百萬次浮點操作/秒MOPS：百萬次操作/秒MIPS：百萬條指令/秒Others：MAC、InstructionCycleTimeTMS320C

8、6201DSP時鐘：200MHz，運算能力：1600MIPS。1024點的FFT，僅需要70us;TMS320C64系列的DSP最大時鐘速度可達(dá)600MHz，因此，時鐘周期僅為1.67ns,其運算能力可達(dá)4800MIPS；該系列特別適用于圖像處理、三維成像、多媒