數字信號處理講義--第10章數字信號處理的硬件實現

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1、第10章數字信號處理的硬件實現教學目的讓學生了解DSP芯片的特點、DSP芯片的發(fā)展、DSP的開發(fā)流程、DSP的應用等知識，為后繼課程學習打點基礎。教學重點與難點本章主要是介紹性質的內容，主要是拓寬學生的知識面，不作為考試內容。無教學重點難點。10.0概述DigitalSignalProcessing(DSP)：一門新的學科：研究信號分析與處理的理論和各種算法DigitalSignalProcessor(DSP)：數字信號處理器（一個芯片，或CPU）:將數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”：軟件實現:

2、(教學,科研,開發(fā)的前期)DSP軟件包MATLABSignalProcessingToolBox硬件實現：CPU,MCU,DSP有可能“實時實現”：所謂“實時（Real-Time）實現”，是指一個實際的系統(tǒng)在人們聽覺，視覺或按任務要求所允許的時間范圍內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，將要普及的數字電視等，都是實時的數字信號處理系統(tǒng)。要想在極短的時間內完成對信號的處理，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。數字信號處理器（DSP）即是為實時實現數字信號處理任務而特殊設

3、計的高性能的一類CPU。嚴格地說，“實時實現”是指，一個系統(tǒng)在每一個抽樣間隔內都能完成全部所需要的計算任務，即：過程時間等待時間抽樣時間nn+1如果等待時間30則認為該系統(tǒng)可以實時實現例如，階次的FIR濾波器，其輸入輸出關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，至少要完成100次乘法，99次加法，才談得上“實時實現”。CPU的類型：1、通用型CPU（GPP）；2、單片機（MCU）；3、DSP；4、嵌入式系統(tǒng)；5、ASIC；6、FPGA通用處理器（GPP）：?事務密集型處理機制?馮.諾依曼結構：統(tǒng)一的

4、程序和數據空間?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（MCU):控制密集型處理機制。4bit、8bit單片機多應用于玩具、家電及工業(yè)控制；16bit單片機除控制功能外，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數字信號處理器（DSP）：運算密集型處理機制。最有可能實時實現復雜運算的器件！10.1DSP處理器的特點1.哈佛結構，且是多總線結構；Von-NeumannArchitectureHarvardArchitecture取指令和取數據分時進行；取指令和取數據同時進行在DSP中，廣泛采取多總線制，以便同時讀取幾個數據，提高了運算的速度，如C54芯片：C54的多總線結構：高級多總線結構：3個數據總線(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構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。數字信號處理中最常用的運算：乘法累加例如，4－bit無符號數相乘：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、內部的多個單元同時在完成一個共同的任務；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600MHz，因此，時鐘周期僅為1.67ns,其運算能力可達4800MIPS；該系列特別適用于圖像處理、三維成像、多媒