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《數(shù)字信號處理dsp緒論a》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第1章緒論1.1引言1.2DSP芯片概述1.3運算基礎(chǔ)1.1引言1．?dāng)?shù)字信號處理概述“數(shù)字信號處理(DSP，DigitalSignalProcessing)”，也就是說將現(xiàn)實世界的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再用數(shù)學(xué)的方法來處理此數(shù)字信號，得到相應(yīng)的結(jié)果。數(shù)字信號處理，或者說對以數(shù)字形式表示的信號進行處理，是利用計算機(處理器)對數(shù)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(yīng)用。比如經(jīng)典的數(shù)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(shù)字信號處理(DSP)是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的并廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。數(shù)字信號處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)的。圖1-1所示為一個典型的DSP系統(tǒng)。圖1-1數(shù)字信號處理系統(tǒng)簡化框圖DSP系統(tǒng)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(zhuǎn)速等。假設(shè)我們輸入的是語音信號，DSP系統(tǒng)首先對語音信號進行帶限濾波和抽樣，根據(jù)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。混疊干擾：一個無中生有的低頻信號2．
3、微處理器(MP)、單片機(MCU)、數(shù)字信號處理器(DSP)、嵌入式處理器這幾種器件都是構(gòu)成微型計算機系統(tǒng)的核心，結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(shù)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(xiàn)代電子技術(shù)、大規(guī)模集成電路、計算機技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，特別適合于數(shù)字信號處理運算，主要應(yīng)用于實時快速實現(xiàn)各種數(shù)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(rèn)為是功能極強大的“單片機”，可用于組成“片上系統(tǒng)”、“嵌入式系統(tǒng)”。是近幾年出現(xiàn)的、集成電路技術(shù)達到足夠高度的產(chǎn)物，它在一個芯片上集成了多種構(gòu)成“系
5、統(tǒng)”所需要的部件。如：存儲器管理單元(MMU)，顯示驅(qū)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(tǒng)。出現(xiàn)以上幾種類型的器件是處理器市場細(xì)分和微電子技術(shù)進步的結(jié)果。它們各有自己的應(yīng)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(gòu)成較完整的“系統(tǒng)”(應(yīng)用平臺、開發(fā)平臺)?，F(xiàn)代微處理器的數(shù)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(shù)字信號處理優(yōu)化設(shè)計的。DSP不擅長“事務(wù)處理”，而擅長信號
6、處理。因此出現(xiàn)了DSP(55x)與ARM結(jié)合的“雙核”處理器OMAP59xx。3.DSP的結(jié)構(gòu)特點DSP芯片與單片機的主要區(qū)別在于數(shù)值處理和高速控制。DSP從結(jié)構(gòu)上進行優(yōu)化，使其更適合于數(shù)字信號處理中大量的運算特點，從而高速實現(xiàn)IIR、FIR和FFT等數(shù)字信號處理。針對實時數(shù)字信號處理，在處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和數(shù)據(jù)流程上做了大的改動。其特點如下：(1)DSP芯片采用了數(shù)據(jù)總線和程序總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)及改進的哈佛結(jié)構(gòu)，因此比傳統(tǒng)處理器的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)具有更高的指令執(zhí)行速度。(2)DSP芯片大多采用流水技術(shù)，即每條指令都由片內(nèi)多個功能單元分別完成
7、取指、譯碼、取數(shù)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(nèi)有多條總線可以同時進行取指令和多個數(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)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(gòu)成一個小規(guī)模系統(tǒng)。(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(guān)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(nèi)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
