1、课 程 综 述课程名称 DSP 原理及应用 任课教师 汪济洲 班级 08 电子 1 班 姓名 汪 棪 学号 0805070006 日期 2011-10-30 前言DSP 即为数字信号处理(DSP，DigitalSignal Processing) 器，是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器。它的工作原理是将现实世界的模拟信号转换成数字信号，再用数学方法处理此信号，得到相应的结果。DSP 数字信号处理器 DSP芯片采用了数据总线和程序总线分离的哈佛结构及改进的哈佛结构，较传统处理器的冯诺依曼结构具有更高的指令执行速度。其处理速度比最快的 CPU 快 10-50 倍。在当今数字
2、化时代背景下，DSP 已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，被誉为信息社会革命的“旗手” ，是科技发展，电子产品更新不可或缺的部分。正文1 、 DSP 发展历程DSP 发展历程大致分为四个阶段：第一阶段是 70 年代理论先行，第二阶段是 80 年代产品普及，第三阶段是 90 年代突飞猛进，第四阶段是 21 世纪再创辉煌。在 DSP 出现之前，数字信号处理只能依靠 MPU 完成。直到 70 年代，有人才提出了 DSP 的理论和算法基础。随着大规模集成电路技术的发展， 1982 年世界上诞生了首枚 DSP 芯片。这种 DSP 器件采用微米工艺 NMOS 技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但
3、运算速度比 MPU 快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。到了 80 年代后期，第三代 DSP 芯片问世，运算速度进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。90 年代 DSP 发展最快，相继出现了第四代和第五代 DSP 器件。现在的 DSP 属于第六代产品，它与第五代相比，系统集成度更高，将 DSP 核芯及外围元件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的 DSP 芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。经过 30 多年的发展，DSP 产品的应用已扩大到人们的学习、工作和生活各个方面，并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。目前，对 DSP 爆炸
4、性需求的时代已经来临，前景十分可观。2 、 DSP 的特点DSP是一种嵌入式处理器，它完全可以完成单片机的功能。唯一的区别在于 DSP支持单时钟周期的“乘-加”运算。DSP 具有体积小、功耗小、使用方便、实时处理迅速、处理数据量大、处理精度高、性能价格比高等优点。DSP 之所以有以上优点，是因为 DSP内部采用了以下 5种技术。2.1采用哈佛（Harvard）结构体系或改进的哈佛结构体系。DSP 处理器几乎毫无例外的采用哈佛结构。哈佛结构把程序代码和数据的存储空间分开，并有各自的地址和数据总线，每个存储器独立编址，用独立的一组总线和数据总线进行访问。如果程序代码存储空间与数据存储空间之间还可以
5、进行数据交换，则称为改进的哈佛结构。这种结构可以并行进行数据操作。2.2采用多总线结构。多总线结构可以同时读取多组数据和存储多组数据，即同一时钟周期内可以执行多个操作指令。2.3采用流水线操作。由于 DSP哈佛结构指令的各个阶段可以重叠进行，这样对每一条指令似乎都是在一个周期内完成，可以把指令周期减到最小，增加数据吞吐量。2.4采用硬件乘法器和高效的 MAC指令。DSP 芯片都有硬件乘法器，使得乘法运算做到一个周期内完成。与之配合的指令为 MAC-乘法累加指令，它可以在单周期内取两个操作数相乘，并将结果加载到累加器。2.5采用独立的传输总线及其控制器。处理器高速处理速度必须与高速的数据访问和传
6、输相配合。而且为不影响 CPU及其相关总线的工作，DSP 的 DMA单独设置了传输总线及其控制器，因此 DMA可以独立工作。3、 DSP 的应用领域DSP 应用广泛，其主要应用市场为 3C(Communication、Computer、Consumer-通信、计算机、消费类) 领域，合占整个市场需求的 90%。3.1 数字蜂窝电话：数字蜂窝电话是 DSP 最为重要的应用领域。因 DSP 具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝电话重新崛起，并创造了一批诸如 GSM、CDMA 等全数字蜂窝电话网。由于采用 DSP 技术，蜂窝电话的更新换代变得更为容易，只需在统一的硬件平台基础上，通过软件的不断升级
7、生产各式各样的新款手机。3.2Modem：在 Modem 器件中， DSP 更是成效卓著。56Kbps 的 Modem 才问世 3 年，最近又开发出 ADSL Modem，其传输速率已高达 6.3Mbps，且具有接收动态图像能力。ADSL Modem 不仅可以使更多的用户上因特网，而且下载文件速度变得更快。3.3 PC 机：可编程多媒体 DSP 是 PC 领域的主流产品。以 XDSL Modem 为代表的高速通信技术与 MPEG 图像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。目前的硬盘空间大得简直是“海量” ，这主要得益于 CDSP（可定制 DSP）的巨大作用。预计
8、在今后的 PC 机中，一个 DSP 即可完成全部所需的多媒体处理功能。3.4消费类电子产品：DSP 是消费类电子产品中的关键器件。由于 DSP 的广泛应用，数字音响设备的更新换代周期变得如此短暂。同时还应用在基站收发器、企业 PBX（用户交换机） 、无线 LAN、多媒体网关、宽带视频代码转换器、视频流服务器与客户机、高速扫描影像处理(RIP)引擎、网络相机。4、 DSP 的发展趋势与前景DSP 在其发展道路上不断满足人们日益提高的要求，正在逐渐朝向个人化和低功耗化方向发展，因此，DSP 发展的前景是非常可观的。4.1系统级集成 DSP 是潮流。缩小 DSP 芯片尺寸始终是 DSP 技术的发展方
9、向。当前的DSP 多数基于 RISC（精简指令集计算）结构，这种结构的优点是尺寸小、功耗低、性能高。各 DSP 制造商纷纷采用新工艺，改进 DSP 芯核，并将几个 DSP 芯核、MPU 芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元集成在一个芯片上，成为 DSP 系统级集成电路。4.2 可编程 DSP 是主导产品。可编程 DSP 给生产厂商提供了很大的灵活性。生产厂商可在同一个 DSP 平台上开发出各种不同型号的系列产品，以满足不同用户的需求，同时，可编程 DSP 也为广大用户提供了易于升级的良好途径。4.3 定点 DSP 是主流。从理论上讲，虽然浮点 DSP 的动态范围比定点 DSP 大，且更适
10、合 DSP 的应用场合，但定点运算的 DSP 器件成本较低，对存储器的要求也较低，而且耗电量小。因此，定点运算的可编程 DSP 器件仍是市场上的主流产品。据统计，目前销售的DSP 器件中的绝大多数属于 16 位定点可编程 DSP 器件，预计今后的比重将逐渐增大。4.4 追求更高的运算速度。目前, 一般的 DSP 运算速度为 100MIPS，即每秒钟可运算一亿条指令。由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP 必须追求更高更快的运算速度才能跟上电子设备的更新步伐。DSP 运算速度的提高，主要依靠新工艺改进芯片结构。当前DSP器件大都采用 0.5m0.35mCMOS 工艺，按照 CMOS 的发展趋势
11、，DSP 的运算速度再提高 100 倍（达到 1600GIPS）是完全有可能的总结：DSP数字信号处理器正处在高速发展阶段，随着科技的进步，电子产品的日新月异，它将会有更广阔的应用前景。总结自己这学期对 DSP的学习（深知自己现在所学的对于DSP技术来讲还不及九牛一毛，但是兴趣所在，它将会驱使我不断学习） ，在感叹于其强大的功能的同时，更重要的是它给了我们设计项目的新思路和新方法。知识与技术的灵活在与运用该知识和技术的人灵活，而人的灵活在其思路的开阔与方法的创新，而在 DSP这门课的学习正是给了我这一样一个指导，拓宽了我的思路，而且在汪老师的指导下，我的分析问题和解决问题的能力有所提高，自主学习能力进一步加强，这些都将是我今后学习和工作的资本以及财富。参考文献：1黎泽清、王明泉、李博等，基于 DSP的图文输入系统J. 2009， （18）：20-25.2程照明、蔡德钧，基于 DSP的话音系统设计及语音处理算法实现J.舰船电子工程，2004， （5）：73-80.3周鹏、邵左文、张玉猛等，基于 TMS320F2812的双机信息处理系统设计 J.国外电子元器件，2006， （8）：60-65.4郭峻岭，基于 DSP的信号采集与处理系统的设计与实现D.武汉：武汉理工大学，2009
