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1、第1章緒論1.1引言1.2DSP芯片概述1.3運算基礎1.1引言1．數字信號處理概述“數字信號處理(DSP，DigitalSignalProcessing)”，也就是說將現實世界的模擬信號轉換成數字信號，再用數學的方法來處理此數字信號，得到相應的結果。數字信號處理，或者說對以數字形式表示的信號進行處理，是利用計算機(處理器)對數字信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮和識別等加工處理，以得到符合人們需要的信號形式并進行有效的傳輸與應用。比如經典的數字信號處理有時域的信號濾波(如IIR、FIR)和頻域的頻譜分析(如FFT)等。這些處理的一個
2、重要特點就是含有大量的運算，特別是乘加運算：如Σ(Ai×Xi)。數字信號處理(DSP)是20世紀60年代發(fā)展起來的并廣泛應用于許多領域的新興學科。數字信號處理系統是以數字信號處理為基礎的。圖1-1所示為一個典型的DSP系統。圖1-1數字信號處理系統簡化框圖DSP系統的輸入信號可以有各種各樣的物理量，例如：聲音、圖像、溫度、壓力、轉速等。假設我們輸入的是語音信號，DSP系統首先對語音信號進行帶限濾波和抽樣，根據奈奎斯特定理，抽樣頻率至少必須是輸入帶限信號最高頻率的2倍，以防止信號頻譜混疊，保證語音信息不丟失?；殳B干擾：一個無中生有的低頻信號2．
3、微處理器(MP)、單片機(MCU)、數字信號處理器(DSP)、嵌入式處理器這幾種器件都是構成微型計算機系統的核心，結構有一定相似性。性能和規(guī)模差異巨大。微處理器[Microprocessor(MP,μP)，MPU]通常指微型計算機系統中的中央處理單元，主要由指令譯碼與執(zhí)行、運算器、高速緩存等組成。指令功能強大、速度極快。典型系列80x86-奔騰。發(fā)展很快。單片機又叫微控制器(Microcontroller)，是將微處理器和部分外圍功能(如ROM、RAM定時器、串行口甚至A/D等)集成在一個芯片上，組成微型計算機。單片機從Z80、8051等發(fā)展
4、而來的，二十余年變化相對不大，長盛不衰。數字信號處理器(DigitalSignalProcessor，DSP)可看成是功能更強大的單片機，特別是運算能力突出。是現代電子技術、大規(guī)模集成電路、計算機技術和數字信號處理技術相結合的產物，特別適合于數字信號處理運算，主要應用于實時快速實現各種數字信號處理算法(如卷積運算、FFT、DFT、矩陣乘法等)。嵌入式處理器(EmbeddedProcessor)可認為是功能極強大的“單片機”，可用于組成“片上系統”、“嵌入式系統”。是近幾年出現的、集成電路技術達到足夠高度的產物，它在一個芯片上集成了多種構成“系
5、統”所需要的部件。如：存儲器管理單元(MMU)，顯示驅動及圖形加速器，磁盤接口(EIDE)，USB接口，并口，串口，音頻，紅外，實時鐘等等?？梢灾С諰inux、WindowsCE等操作系統。出現以上幾種類型的器件是處理器市場細分和微電子技術進步的結果。它們各有自己的應用場合。單片機、DSP、嵌入式處理器都用于嵌入式場合，但單片機、DSP資源較少，不足以構成較完整的“系統”(應用平臺、開發(fā)平臺)。現代微處理器的數字信號處理能力不亞于DSP，但成本高，因此不能取代DSP，DSP是專門針對數字信號處理優(yōu)化設計的。DSP不擅長“事務處理”，而擅長信號
6、處理。因此出現了DSP(55x)與ARM結合的“雙核”處理器OMAP59xx。3.DSP的結構特點DSP芯片與單片機的主要區(qū)別在于數值處理和高速控制。DSP從結構上進行優(yōu)化，使其更適合于數字信號處理中大量的運算特點，從而高速實現IIR、FIR和FFT等數字信號處理。針對實時數字信號處理，在處理器結構、指令系統和數據流程上做了大的改動。其特點如下：(1)DSP芯片采用了數據總線和程序總線分離的哈佛結構及改進的哈佛結構，因此比傳統處理器的馮·諾依曼結構具有更高的指令執(zhí)行速度。(2)DSP芯片大多采用流水技術，即每條指令都由片內多個功能單元分別完成
7、取指、譯碼、取數和執(zhí)行等多個步驟，從而在不提高時鐘頻率的條件下減少了每條指令的執(zhí)行時間。(3)片內有多條總線可以同時進行取指令和多個數據存取操作，并且有輔助寄存器用于尋址，它們可以在尋址訪問前或訪問后自動修改內容，自動指向下一個要訪問的地址。(4)DSP芯片大多帶有DMA通道控制器和串行通信口等，配合片內總線結構，數據塊傳送速度會大大提高。(5)配有中斷處理器和定時控制器，可以方便地構成一個小規(guī)模系統。(6)具有軟、硬件等待功能，能與各種存取速度的存儲器接口。(7)針對濾波、相關和矩陣運算等需要大量乘法累加運算的特點，DSP芯片大多配有獨立的
8、乘法器和加法器，使得在同一時鐘周期內可以完成乘、累加兩個運算。它還有特殊指令：MAC(連乘加指令，單周期同時完成乘法和加法運算)、RPTS和RPTB(硬件判斷循環(huán)邊
