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數(shù)字信號(hào)處理 Digital Signal Processing

數(shù)字信號(hào)處理(DSP)是一種將現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠處理的信息的過程。20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實(shí)信號(hào)的方法，這些信號(hào)由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。德州儀器、Freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實(shí)力。

DSP微處理器

DSP（digital signal processor）是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。

DSP數(shù)字濾波器

作為一個(gè)案例研究，我們來考慮數(shù)字領(lǐng)域里最通常的功能：濾波。簡(jiǎn)單地說，濾波就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以改善其特性。例如，濾波可以從信號(hào)里清除噪聲或靜電干擾，從而改善其信噪比。為什么要用微處理器，而不是模擬器件來對(duì)信號(hào)做濾波呢？我們來看看其優(yōu)越性：

模擬濾波器（或者更一般地說，模擬電路）的性能要取決于溫度等環(huán)境因素。而數(shù)字濾波器則基本上不受環(huán)境的影響。
　　
數(shù)字濾波易于在非常小的寬容度內(nèi)進(jìn)行復(fù)制，因?yàn)槠湫阅懿⒉蝗Q于性能已偏離正常值的器件的組合。
　　
一個(gè)模擬濾波器一旦制造出來，其特性（例如通帶頻率范圍）是不容易改變的。使用微處理器來實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器，就可以通過對(duì)其重新編程來改變?yōu)V波的特性。


Digital Signal Processor 數(shù)字信號(hào)處理器


 

DSP處理器與通用處理器的比較

1、對(duì)密集的乘法運(yùn)算的支持

2、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)

3、零開銷循環(huán)

4、定點(diǎn)計(jì)算

5、專門的尋址方式

6、執(zhí)行時(shí)間的預(yù)測(cè)

7、定點(diǎn)DSP指令集

8、開發(fā)工具的要求

DSP硬件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

1 Harvard結(jié)構(gòu)

程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分開，各有獨(dú)立的地址總線和數(shù)據(jù)總線，取指和讀數(shù)可以同時(shí)進(jìn)行，從而提高速度，目前的水平已達(dá)到90億次浮點(diǎn)運(yùn)算/秒（9000MFLOPS）

2 采用流水作業(yè)（pipline）

3 獨(dú)立的硬件乘法器

乘法指令在單周期內(nèi)完成，優(yōu)化卷積、數(shù)字濾波、FFT、相關(guān)、矩陣運(yùn)算等算法中的大量重復(fù)乘法4 循環(huán)尋址（Circular addressing），位倒序（bit-reversed）等特殊指令使FFT、卷積等運(yùn)算中的尋址、排序及計(jì)算速度大大提高。1024點(diǎn)FFT的時(shí)間已小于1µs5 獨(dú)立的DMA總線和控制器有一組或多組獨(dú)立的DMA總線，與CPU的程序、數(shù)據(jù)總線并行工作，在不影響CPU工作的條件下，DMA速度已達(dá)800Mbyte/s以上

6 多處理器接口

使多個(gè)處理器可以很方便的并行或串行工作以提高處理速度

7 JTAG（Joint Test Action Group）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口（IEEE 1149標(biāo)準(zhǔn)接口）

便于對(duì)DSP作片上的在線仿真和多DSP條件下的調(diào)試