高速实时数字信号处理系统技术探析
（毛二可院士 龙腾副教授）
高速实时数字信号处理（ＤＳＰ）技术取得了飞速的发展，目前单片ＤＳＰ芯片的速度已经可以达到每秒１６亿次定点运算（１６００ＭＩＰｓ到４８００ＭＩＰｓ）；最近ＴＩ宣布１ＧＨｚ ＤＳＰ已经准备投产。其高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术进入一个新纪元。一个完整的高速实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如ＤＳＰ、ＡＤＣ、ＤＡＣ等等。本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的产生、特点、构成、以及系统设计中的一些问题，并对其中的主要功能模块分别进行了分析。
一、高速实时数字信号处理概述
１．信号处理的概念
信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息从各种噪声、干扰的环境中提取出来，并变换为一种便于为人或机器所使用的形式。从某种意义上说，信号处理类似于＂沙里淘金＂的过程：它并不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）从各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等等）。如果不进行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的；这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。
２．高速实时数字信号处理的产生
早期的信号处理主要是采用模拟的处理方法，包括运算放大电路、声表面波器件（ＳＡＷ）以及电荷耦合器件（ＣＣＤ）等等。例如运算放大电路通过不同的电阻组配可以实现算术运算，通过电阻、电容的组配可以实现滤波处理等等。模拟处理最大的问题是不灵活、不稳定。其不灵活体现在参数修改困难，需要采用多种阻值、容值的电阻、电容，并通过电子开关选通才能修改处理参数。其不稳定主要体现为对周围环境变化的敏感性，例如温度、电路噪声等都会造成处理结果的改变。
解决以上问题最好的方法就是采用数字信号处理技术。数字信号处理可以通过软件修改处理参数，因此具有很大的灵活性。由于数字电路采用了二值逻辑，因此只要环境温度、电路噪声的变化不造成电路逻辑的翻转，数字电路的工作都可以不受影响地完成，具有很好的稳定性。因此，数字信号处理已经成为信号处理技术的主流。
数字信号处理的主要缺点是处理量随处理精度、信息量的增加而成倍增长，解决这一问题的方法是研究高速运行的数字信号处理系统；这就是本文所探讨的主题：高速实时数字信号处理的理论与技术。 ３．高速实时数字信号处理特点
高速实时数字信号处理的特点：
首先是高速度，其处理速度可以达到数百兆量级。
其次是大电流，高速信号处理芯片的电流经常在１Ａ以上。
第三是低电压，这是为了在大电流下减小系统功耗，系统的工作电压从标准的５Ｖ到３．３Ｖ、３Ｖ、２．５Ｖ、１．８Ｖ甚至０．９Ｖ。
第四是高度集成，芯片的集成度在数十到数百万门量级。
第五就是为了提高运行速度而采用了多种并行的体系结构。
４．高速实时数字信号处理系统的实现
鉴于以上特点，高速实时信号处理系统的实现中，首先要采用先进设计软件来保证系统设计的正确性，其主要特征就是采用电子设计自动化（ＥＤＡ）软件进行优化设计。其次，可以采用专用集成电路（ＡＳＩＣ）技术减小体积，提高集成度；而在样机阶段，则通常采用可编程逻辑器件（ＥＰＬＤ）或现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）来减小风险。第三，要研究高速度、低电平器件的特点和使用。第四，要研究并行体系结构的设计和选择问题。
５．高速实时数字信号处理系统构成
一般来说，一个高速实时数字信号处理系统的构成可能包括以下问题： （１）高速实时数据采集（ＡＤＣ）；
（２）高速实时数据存储（ＭＥＭ）；
（３）高速实时周边器件（中小规模器件）；
（４）高速实时电路集成（ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ／ＡＳＩＣ）；
（５）高速实时信号生成（ＤＡＣ／ＤＤＳ）；
（６）高速实时ＤＳＰ与并行体系结构；
（７）高速实时总线技术（ＶＭＥ／ＶＸＩ／ＰＣＩ）；
（８）高速实时系统设计（ＥＤＡ）等等。
下面就对上述问题进行简单的论述。
二、高速实时数字信号处理系统主要问题分析
１．高速实时数据采集：ＡＤＣ高速实时ＡＤＣ的采样速率目前已经可以大于１０００ＭＨｚ。
其主要特点是：
（１）系统结构：从串行到并行
这里，ＡＤＣ的体系结构主要包括全并行（即Ｆｌａｓｈ）结构和串并行（即Ｓｕｂ－Ｒａｎｇｅ）结构。
全并行ＡＤＣ内含２Ｎ个电压比较器；当采样时钟到来时，２Ｎ个电压比较器同时翻转，可以在一个时钟节拍产生数字输出。其主要优点是速度极高，可达１０００ＭＨｚ以上；其缺点是由于电压比较器随ＡＤＣ位数Ｎ成指数增长，因此体积、功耗较大，位数通常较低，一般为６～８ｂｉｔ。
串并行体系结构采用逐次变换法：例如对于一个１２－ｂｉｔ的ＡＤＣ，可以把它分解为３级转换，每级４－ｂｉｔ；这样，电压比较器的数量可以大大减少，
因此可以在速度、体积、功耗之间取得最优的折衷。其缺点是速度低于全并行，通常转换速率在数十兆赫兹，位数可达８～１２ｂｉｔ。
此外，高速实时ＡＤＣ的另一并行特征是分路采集、分路输出：即采用多路较低速的ＡＤＣ芯片分路采样，合成为高速采样的效果。这时由于系统时钟在多路ＡＤＣ之间可能会发生抖动，因此需要采用非均匀采样的理论对转换的效果进行分析。
（２）工艺水平：ＥＣＬ标准电路
高速ＡＤＣ通常采用ＥＣＬ（射极耦合逻辑）电路，这是一种超高速数字电路标准，运行速度可达１５００ＭＨｚ。其主要特点是：
（ａ）负电源电压工作：－４．５Ｖ／－５．２Ｖ；
（ｂ）信号摆幅小：－０．９Ｖ～－１．７Ｖ；
（ｃ）工作电流大：通常１０倍于标准ＴＴＬ电流。
因此，ＥＣＬ电路的实质是以大电流、小摆幅换取高速度。
（３）信号联线：微波传输线在数百兆赫兹的频率上，信号联线已经不能看作是零电阻、零电抗的理想联线；信号线上的电阻、电抗可能会引起以下问题：
（ａ）信号延迟：通常每英尺信号延迟２ｎｓ左右，已经可与门延迟相比； （ｂ）信号反射：可造成逻辑误翻转；
（ｃ）信号线间的串扰：相邻信号线的干扰，可造成误翻转；
（ｄ）电路噪声：可影响ＡＤＣ精度。
解决以上问题可以采用微波传输线的理论分析超高速信号联线；它可以控制传输延迟，消除反射，减小串扰、噪声。为正确采用微波传输线作为信号联线，应采用ＥＤＡ软件，它可以仿真信号线的延迟、反射、串扰、噪声，为高速实时系统设计提供保障。实际上，信号联线的问题不仅仅是ＡＤＣ的问题，它是所有高速实时电路实现中普遍存在的问题；因此其解决的方案也具有普适性。
（４）性能测试：动态有效位
ＡＤＣ的性能指标包括有效位数、非线性、单调性、漏码等等。由于电路中各种干扰因素的存在，不能认为ＡＤＣ芯片的标称指标就是实际电路板的性能指标，因此需要对ＡＤＣ进行性能测试。这里，ＡＤＣ的测试可以分为静态测试和动态测试。
在ＡＤＣ的各项指标中，通常最为关心的指标是动态有效位数，它可以采用ＤＳＰ方法进行测试。具体方案是：
（ａ）采用单频正弦信号输入到ＡＤＣ；
（ｂ）对ＡＤＣ输出结果进行快速傅里叶变化（ＦＦＴ），计算信噪比；
（ｃ）有效位数＝（信噪比－ＦＦＴ增益－１．７６）／６．０２。
２．高速实时数据存储：ＭＥＭ
在高速实时数据存储中，值得注意的两个问题是ＥＣＬ存储和同步存储。
（１）高速实时ＥＣＬ存储
ＥＣＬ存储的速度可以达到３．５ｎｓ～５ｎｓ，因此速度极高；但是其容量通常较小，通用芯片的容量一般在１Ｋ×４－ｂｉｔ～２Ｋ×９－ｂｉｔ之间。其特点是高速度、小容量、大功耗，因此主要应用于高速数据缓冲的场合。
（２）同步存储
同步存储器的特点是存取操作用同步时钟控制，因此读写速度快于通常的异步存储；在高速实时信号处理的场合，异步存储器可以采用相应的同步存储器代替，其替换方法是：
（ａ）静态存储器（ＳＲＡＭ）－＞同步静态存储器（ＳＳＲＡＭ）；同步簇发静态存储器（ＳＢＳＲＡＭ）；
（ｂ）动态存储器（ＤＲＡＭ）－＞同步动态存储器（ＳＤＲＡＭ）；
（ｃ）视频存储器（ＶＲＡＭ）－＞同步图像存储器（ＳＧＲＡＭ）；
（ｄ）先进先出寄存器（ＦＩＦＯ）－＞同步先进先出寄存器（ＳＦＩＦＯ）。
３．高速实时周边器件
高速实时周边器件目前也在发生巨大的变化，传统的７４ＬＳ系列芯片已不能满足系统要求。以下是多种逻辑器件的生命力、发展趋势和性能比较。 （１）生命力
传统的ＴＴＬ、ＬＳ器件的生命力已经基本上消亡了；目前处于生命成熟期的器件是ＡＬＳ、Ｆ、ＨＣ等系列；正在成长的器件系列是ＡＢＴ、ＬＶＴ等。因此，中小规模集成电路的选型也要跟上时代的潮流。
（２）发展趋势
中小规模器件的发展趋势。例如，ＴＴＬ器件的低噪声、低功耗发展是ＡＨＣ系列，３．３Ｖ版本是ＬＶＣ、ＬＶ系列，等等。
４．高速实时电路集成
高速实时电路集成主要是通过电路的二次集成，减小系统体积、功耗，提高性能／价格比、可靠性、保密性。目前主要的集成方法包括ＥＰＬＤ、ＦＰＧＡ、以及ＡＳＩＣ等等。
（１）ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ技术：
当前ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ技术的发展特点是：
（ａ）集成密度不断提高：已经可以达到２５万门集成，预计年底可达１００万门；
（ｂ）功能愈加复杂：已经从单纯的逻辑控制发展到数据存储、信号处理； （ｃ）设计输入方式灵活：可用图形输入、或硬件描述语言；
（ｄ）可进行系统仿真，并可反复编程。
因此采用ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ技术可以大大减小系统体积、降低系统成本、缩短设计周期、减小设计风险、提高系统性能。
（２）ＡＳＩＣ技术
通常电子设计的发展可以粗略地划分为以下三个阶段：
（ａ）用芯片设计硬件系统；
（ｂ）以ｕＰ为核心的软件编程设计；
（ｃ）ＡＳＩＣ设计，其最终的成果是芯片上的系统（Ｓｙｓｔｅｍｏｎａｃｈｉｐ）。
ＡＳＩＣ的主要优点是：
（ａ）适应用户特定的功能要求，效率最高；
（ｂ）体积小；保密性好。
但是在样机阶段，我们认为还是应该采用ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ技术，以减小开发风险；待技术成熟后，可用ＡＳＩＣ技术进行最优的系统实现。
５．高速实时信号生成
目前高速实时信号生成的热点问题是直接数字信号生成（ＤＤＳ），其基本结构可以分为相位累加型ＤＤＳ和数据存储型ＤＤＳ。
（１）数据存储型ＤＤＳ
这种ＤＤＳ芯片把要产生的信号波形存储于数据存储器，之后以一定的时钟速率将数据读出后送ＤＡＣ芯片，经低通滤波产生所需的信号波形。其最大的优点是信号产生灵活，可以产生任意波形。问题是波形时间长度受存储量限制。
（２）相位累加型ＤＤＳ
这种ＤＤＳ芯片采用相位累加器和正弦查找表的方法，可以通过数字控制生成正弦信号、线性调频信号、相位编码信号等多种信号形式，信号时间长度不受限制，因此是目前ＤＤＳ芯片中的常用类型。其主要问题是只能产生某些特定类型的信号，不能产生任意要求的信号波形。
（３）ＤＤＳ主要性能指标
描述ＤＤＳ的主要性能指标包括：
（ａ）时钟频率；
（ｂ）输出频率范围：一般为时钟频率的４０％；
（ｃ）频率分辨率：取决于相位累加器位数、时钟频率；
（ｄ）输出杂散：来源于相位截断、幅度量化、ＤＡＣ非线性；
（ｅ）输出相位噪声：来源于时钟不稳、相位截断、幅度量化、ＤＡＣ非线性等等。
（４）ＤＤＳ主要优缺点分析
ＤＤＳ主要优点包括：
（ａ）频率分辨率极高：取决于相位累加器位数、时钟频率；
（ｂ）输出相对带宽大：０～时钟频率的４０％；
（ｃ）频率转换时间极短：可达ｎｓ量级；
（ｄ）频率捷变的相位连续性；
（ｅ）任意波形输出能力；
（ｆ）可实现数字调制性能。
ＤＤＳ主要缺点是：
（ａ）工作频带限制：最高１ＧＨｚ左右；
（ｂ）相位噪声大、杂散抑制差：来源于时钟不稳、相位截断、幅度量化、ＤＡＣ非线性等等。
（５）ＤＤＳ当前水平及应用
（ａ）ＤＤＳ当前水平
（ｂ）ＤＤＳ应用：通信、雷达、ＧＰＳ（全球定位系统）、蜂窝基站、图像处理、ＨＤＴＶ等等。
６．高速实时ＤＳＰ与并行体系结构
当前，高速实时数字信号处理（ＤＳＰ）技术已经取得了飞速的发展；目前单片ＤＳＰ芯片的速度已经可以达到每秒１６亿次定点运算（１６００ＭＩＰｓ）。高速实时ＤＳＰ芯片的主要特点就是采用了各种并行处理技术，包括片内并行和片间并行等。其中，主要的并行ＤＳＰ芯片包括美国ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ８ｘ和ＴＭＳ３２０Ｃ６ｘ，以及美国ＡＤ公司的ＡＤＳＰ２１０６ｘ及ＡＤ１４０６ｘ等等。
（１）ＴＭＳ３２０Ｃ８ｘ：片内并行，ＭＩＭＤ体系结构
在每一片ＴＭＳ３２０Ｃ８０内部，有１个浮点ＲＩＳＣ类型ＤＳＰ，称为主处理器（ＭＰ）；还有４个定点ＤＳＰ，称为并行处理器（ＰＰ）。每个ＤＳＰ配有１０Ｋ－Ｂｙｔｅｓ片内存储器（ＲＡＭ），因此片内ＲＡＭ总容量为５０Ｋ－Ｂｙｔｅｓ。主处理器、并行处理器和片内ＲＡＭ之间通过交叉开关（Ｃｒｏｓｓｂａｒ）互连，并通过１个专用的传输控制器（ＴＣ）控制处理器之间及Ｃ８０与片外器件之间的互连。
在Ｃ８０内部，还有１个视频控制器（ＶＣ），可用于视频接口、时序的控制；因此这种芯片特别适用于视频信号的处理，故称ＭＶＰ芯片。
从并行处理的角度分析，ＴＭＳ３２０Ｃ８ｘ是一个紧耦合多指令多数据流（ＭＩＭＤ）的单片多处理器系统。这一系统的运行速度等效于每秒２０亿次ＲＩＳＣ类型的操作。在这个系统中，一个显著的特点是采用交叉开关（Ｃｒｏｓｓｂａｒ）代替了传统的总线互连。
在总线互连的系统中，各个ＤＳＰ之间需要申请总线，并需要总线仲裁机构分配总线。对于单总线系统，如果某一ＤＳＰ占用总线，则其它ＤＳＰ需等到该ＤＳＰ释放总线后才可能获得总线的使用权，这就限制了总线传输数据的速度。而交叉开关结构则可以在同一时刻将不同的ＤＳＰ与不同的任一存储器连通，这就大大提高了数据传输的速率，使多处理器并行处理中数据传输的瓶颈问题得以减轻。
（２）ＴＭＳ３２０Ｃ６ｘ：片内并行，ＶＬＩＷ体系结构：
ＴＭＳ３２０Ｃ６ｘ是９０年代中后期美国ＴＩ公司推出的划时代的超级ＤＳＰ芯片；这种芯片是定点、浮点兼容的ＤＳＰ系列，其中首先推出的是定点系列ＴＭＳ３２０Ｃ６２ｘ。
ＴＭＳ３２０Ｃ６２ｘ片内有８个并行的处理单元，分为相同的两组。ＤＳＰ的体系结构采用甚长指令字（ＶＬＩＷ）方式，单指令字长为３２ｂｉｔｓ，８个指令组成一个指令包，总字长为８×３２ｂｉｔｓ＝２５６ｂｉｔｓ。芯片内部设置了专门的指令分配模
块，可以将每个２５６ｂｉｔｓ的指令包同时分配到８个处理单元，并由８个单元同时运行。这种芯片的最高时钟频率可以达到２００ＭＨｚ，这是通过片内的锁相环路（ＰＬＬ）将５０ＭＨｚ的输入时钟４倍频获得的，因此这种芯片的指令周期为５ｎｓ。当芯片内部８个处理单元同时运行时，其最大处理能力可以达到１６００ＭＩＰｓ，即１６亿次定点运算／秒。
从并行处理的角度分析，ＴＭＳ３２０Ｃ６２ｘ的主要特点是采用了ＶＬＩＷ的体系结构。在ＶＬＩＷ处理机中，多个功能单元是并发工作的；所有的功能单元共享使用公用大型寄存器堆。由功能单元同时执行的各种操作是由ＶＬＩＷ的长指令来同步的，它把长指令中不同字段的操作码分送给不同的功能单元；这种代码压缩是由编译器完成的，编译器可以利用精心设计过的启发式方法或运行时统计方法来预测转移结果。在ＴＭＳ３２０Ｃ６２ｘ中，８个功能单元共享使用３２个３２ｂｉｔｓ通用寄存器堆。为保证代码压缩、分配的效率，ＴＩ公司还推出了世界上第一个汇编语言级编译器；这个编译器的编译效果会大大影响Ｃ６２ｘ的运行效率。
ＶＬＩＷ处理机的另一个特点是指令获取、指令分配、指令执行、数据存储等阶段需要进行多级流水，而且不同指令执行的流水延迟时间也不相等；因此各种指令的安排要尽量不破坏指令流水的执行，否则处理机运行的效率也会大大降低。
（３）ＡＤＳＰ２１０６ｘ：片间并行，多种体系结构
ＡＤＳＰ２１０６ｘ是美国ＡＤ公司推出的可并行扩展的超级哈佛指令计算机（ＳＨＡＲＣ）。这种芯片片内有四套独立的总线，可完成双向数据存取、指令存取、非指令性Ｉ／Ｏ，因此与一般哈佛结构计算机相比被称为ＳＨＡＲＣ。
这种芯片的主要型号包括ＡＤＳＰ２１０６０、ＡＤＳＰ２１０６１、ＡＤＳＰ２１０６２等，其主要特点是在一个ＡＤＳＰ２１０２０的浮点ＤＳＰ核心基础上集成了片内大容量双口ＲＡＭ和并行处理接口，因此是一个可并行扩展的ＳＨＡＲＣ结构。
ＡＤＳＰ２１０６ｘ的最大特点就是支持多ＤＳＰ系统，可以方便地构成各种体系结构的多ＤＳＰ系统。ＡＤＳＰ２１０６ｘ对多ＤＳＰ处理的支持包括６个连接口（ＬｉｎｋＰｏｒｔ）；大容量片内存储器和ＤＭＡ传输；统一分配的片内存储器地址；与宿主机接口；分布式总线仲裁逻辑等。其中，ＡＤＳＰ２１０６ｘ的连接口是其对多ＤＳＰ处理的主要支持手段之一；其６个连接口可实现６片ＤＳＰ并行互连而无需附加器件。因此，采用多片ＡＤＳＰ２１０６ｘ可方便地构成多片并行的处理系统，包括共享存储器并行处理系统、数据流并行处理系统、集束并行处理系统、单指令多数据流（ＳＩＭＤ）并行处理系统等等。
这里，ＡＤＳＰ２１０６ｘ并行处理的典型应用是ＡＤ１４０６０，它是把４片ＡＤＳＰ２１０６ｘ以集束多处理模式、采用ＭＣＭ工艺集成于一个芯片模块之中，因此这种芯片模块的处理能力是单片ＡＤＳＰ２１０６ｘ的４倍，即峰值处理能力４８０ＭＦＬＯＰｓ、持续处理能力３２０ＭＦＬＯＰｓ。
７．高速实时总线技术
高速实时信号处理常用总线包括ＰＣＩ总线、ＶＭＥ总线等。目前，基于这两种标准总线的ＤＳＰ板卡是ＤＳＰ板卡的主要类型。
（１）ＰＣＩ总线分析
在传送速率较高的几种总线中，ＮｕＢｕｓ是Ａｐｐｌｅ公司定义的总线，仅有ＴＩ和Ａｐｐｌｅ公司支持和使用。ＭＣＡ（微通道）是ＩＢＭ定义的总线，不具有开放性。ＶＥＳＡ与ＰＣＩ是开放的局部总线，传送速率最高，获得了广泛的支持。ＶＥＳＡ是４８６微机的主流总线，但在Ｐｅｎｔｉｕｍ及以后更高级的微机系统中已被淘汰。替代ＶＥＳＡ成为微机系统主流的是ＰＣＩ总线。与ＶＥＳＡ相比，ＰＣＩ总线具有更好的开放性和性能。ＰＣＩ２．１版本主要特性是：独立于处理器；支持多达２５６个ＰＣＩ总线；每个ＰＣＩ总线支持多达２５６个功能器件；低功耗；突发模式读写；支持峰值为１３２ＭＢ／ｓ、２６４ＭＢ／ｓ、５２８ＭＢ／ｓ的读写传输速率；并行总线操作；支持主控总线、ＰＣＩ总线和扩展总线的并行操作；支持完全总线主控；软件透明；隐藏的总线仲裁；管脚数少等等。
ＰＣＩ总线接口设计可以采用专用ＰＣＩ接口芯片，也可以采用ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ自主设计。
（２）ＶＭＥ总线分析
ＶＭＥ为英文ＶｅｒｓａｂｕｓＭｏｄｕｌａｒＥｕｒｏｃａｒｄ的缩写，中译文为Ｖｅｒｓａ总线模块欧式卡。ＶＭＥ总线是一种开放式系统结构，它主要是为微型计算机系统制定的，其实是由Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司制定的Ｖｅｒｓａｂｕｓ（逻辑、电气特性）和欧洲的Ｅｕｒｏｃａｒｄ标准（机械特性）构成的。
Ｖｅｒｓａｂｕｓ总线是Ｍｏｔｏｒｏｌａ公司于１９７９年针对其６８０００微处理器定义的，因此ＶＭＥ总线接口在电气和逻辑上类似于６８０００微处理器。不过它只作概括性的规定，并不涉及或规定任何特定的微处理器。自１９８１年１０月Ｍｏｔｏｒｏｌａ，Ｍｏｓｔｅｋ和Ｓｉｇｎｅｔｉｃｓ公布第一版本Ａ以来，几经修改和完善，于１９８７年ＶＭＥ获ＡＮＳＩ（美国国家标准局）／ＩＥＥＥ的认可，并正式宣布其为微处理器标准。
ＶＭＥ总线的开放性及其优良的机械特性，赢得了广泛市场。众多厂商开发出了用于工业控制、远程通讯和仪器仪表等领域的成千上万种ＶＭＥ总线插件产品。ＶＭＥ总线支持多处理器系统，地址总线３２位，数据总线３２位（最高６４位）；能处理７级中断，具有总线仲裁能力。ＶＭＥ数据传输总线为高速异步并行的，理论上数据传输速率可达４０Ｍｂｙｔｅｓ／ｓ；实际为２０Ｍｂｙｔｅｓ／ｓ左右。ＶＭＥ规范允许最多可容纳２１块插件。
ＶＭＥ总线插件分为：Ａ型１００×１６０ｍｍ（单高）；Ｂ型２３３×１６０ｍｍ（双高）。 Ａ型的９６根引脚连接器称Ｐ１连接器，Ｐ１由３列３２根引脚构成。
Ｂ型带有一个Ｐ１和Ｐ２连接器，Ｐ２的引脚和外形与Ｐ１相同。
主要总线分布如下：
（ａ）Ｐ１：２４位地址线Ａ１～Ａ２３；１６位数据线Ｄ００～Ｄ１５；地址修改码ＡＭ０～ＡＭ５；握手、仲裁、中断和电源（＋５、１２ｖ）等信号。
（ｂ）Ｐ２：地址线Ａ２４～Ａ３１；数据线Ｄ１６～Ｄ３１等等。
８．高速实时系统设计：ＥＤＡ软件
高速实时系统设计的主要软件是电子设计自动化（ＥＤＡ）软件；对具体的电路实现来说，ＥＤＡ软件通常包括ＰＣＢ设计、ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ设计、以及ＡＳＩＣ设计等等。
（１）ＰＣＢ设计
在ＰＣＢ领域，ＥＤＡ软件的强大功能主要包括强大的设计与编辑功能、丰富的库资源、高效的数字与模拟仿真、信号完整性分析、板级互连时序验证等。ＰＣＢ行业的主要厂商有Ｃａｄｅｎｃｅ、ＭｅｎｔｏｒＧｒａｐｈｉｃｓ、ＰＡＤｓ、Ｖｉｅｗｌｏｇｉｃ、Ｚｕｋｅｎ等等。
一般而言，ＥＤＡ中的ＰＣＢ设计产品主要包括以下内容：
（ａ）设计输入工具，主要特点是：具有模拟和混合信号设计能力；有丰富的设计功能：符号库、电特性、热特性等等；采用Ｔｏｐ－Ｄｏｗｎ设计模式，使电路表述更清晰；有自由传送数据功能，可在原理图做功能仿真；可加入布图信息，便于ＰＣＢ布局。
（ｂ）模拟、数字仿真工具，主要特点是：可进行原理图仿真，显示模拟、数字波形；可根据布线延迟反标后进行时序仿真，实现信号系统排错；可进行模拟信号分析，如傅立叶变换、协方差、卷积等等。
（ｃ）热分析工具，主要特点是：从电路板数据库自动生成完整的热模型；热分析被移至电路板设计早期，可增强ＰＣＢ设计的一次成功性。
（ｄ）布线工具，主要特点是：有交互式自动布局布线工具；支持物理约束的设计方法；可完成从单面ＰＣＢ到ＭＣＭ的设计。
（ｅ）布图工艺，主要特点是：有符合加工工艺的布图建议；支持工业界最广泛的底层技术（标准格式）；有ＣＡＭ输出工具，从光绘、版图到数控机床加工中心，可直接生产试验电路板。
（ｆ）时延分析，主要特点是：有高层次、总线功能时延描述；可生成标准时延文件，供电气规则驱动布线。
因此可以看出，ＥＤＡ中的ＰＣＢ工具是一个包括了多功能设计输入、模拟数字仿真、热分析、自动布线、自动布图、时延分析、电气规则驱动布线等多种强大功能的系统软件，是高速实时电路设计的保障条件。
采用ＥＤＡ的ＰＣＢ工具的设计流程是：
以ＴｏｐＤｏｗｎ方式建元件库、绘制系统原理图
建几何封装库及元件与封装映射关系
准备ＰＣＢ版图设计数据，生成网络表
拓扑规则设置、阻抗计算、规则驱动的布局布线信号分析：ＴＬＣ传输线分析、ＸＴＫ串扰分析
验证高速器件的板极时延、按电气要求驱动的布线调整、基于ＩＢＩＳ模型的信号完整性分析
生成Ｇｅｒｂｅｒ格式光绘数据文件、送制板厂家加工
（２）ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ／ＡＳＩＣ设计
ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ／ＡＳＩＣ设计可以采用单一芯片实现整个数字信号处理系统，即＂片上系统＂；其中ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ又有可多次编程，反复擦写的功能，因此在样机阶段有独到的优势。其大致的设计流程是：
设计输入：原理图、硬件描述语言（ＶＨＤＬ、Ｖｅｒｉｌｏｇ等）、状态机、布尔函数等；一般应采用层次化设计逻辑综合，产生网表文件ＸＮＦ或ＥＤＩＦ功能仿真逻辑分割及映射
布局、布线
延时信息反标、时序仿真
产生配置文件
总之，ＥＤＡ的ＰＣＢ技术追求的是在系统设计阶段排除一切可能导致系统失效的因素，从而保证整个系统设计生产调试一次通过成功（ＦｉｒｓｔＰａｓｓＳｕｃｃｅｓｓ）。而其中的ＥＰＬＤ／ＦＰＧＡ／ＡＳＩＣ设计又有减小系统体积、功耗，在单片上集成整个系统的可能，因此是高速实时数字信号处理系统设计的重要保证。
数字信号处理技术的最新发展 电子与信息工程学院12S005044 郭晓江 摘要：数字信号处理（DSP,digital signal processing）是一门涉及许多领域的新兴学科，在现代科技发展中发挥着极其重要的作用。近年来，随着半导体技术的进步，处理器芯片的处理能力越来越强大，使得信号处理的研究可以主要放在算法和软件方面，不再像过去那样需要过多考虑硬件。由于它的出色性能，DSP目前被广泛应用于数字通信、信号处理、工业控制、图像处理等领域。自从数字信号处理器问世以来，由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。随着技术成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合得到成功应用。数字信号处理（DSP）是广泛应用于许多领域的新兴学科，因其具有可程控、可预见性、精度高、稳定性好、可靠性和可重复性好、易于实现自适应算法、大规模集成等优点，广泛应用于实时信号处理系统中。DSP技术在数据通信、汽车电子、图像处理以及声音处理等领域应用广泛。 DSP国际发展现状 国外的商业化信号处理设备一直保持着快速的发展势头。欧美等科技大国保持着国际领先的地位。例如美国DSP research公司，Pentek公司，Motorola公司，加拿大Dy4公司等，他们很多已经发展到相当大的规模，竞争也愈发激烈。我们从国际知名DSP技术公司发布的产品中就可以了解一些当今世界先进的数字信号处理系统的情况。 以Pentek公司一款处理板4293为例，使用8片TI公司300 MHz的TMS320C6203芯片，具有19 200 MIPS的处理能力，同时集成了8片32 MB的SDRAM，数据吞吐600 MB/s。该公司另一款处理板4294集成了4片Motorola MPC7410 G4 PowerPC处理器，工作频率400/500 MHz，两级缓存256K×64 bit，最高具有16MB 的SDRAM。 ADI公司的TigerSHARC芯片也由于其出色的协同工作能力，可以组成强大的处理器阵列，在诸多领域（特别是军事领域）获得了广泛的应用。以英国Transtech DSP公司的TP-P36N为例，它由4～8片TS101b（TigerSharc）芯片构成，时钟250 MHz，具有6～12 GFLOPS的处理能力。 DSP应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化。在以往的20年中，这一进程在不断重复进行，而且周期在不断缩小。在数字信息时代，更多的新技术和新产品需要快速地推上市场，因此，DSP的产业化进程还是需要加速进行。随着竞争的加剧，DSP生产商随时调整发展规划，以全面的市场规划和完善的解决方案，加上新的开发历年，不断深化产业化进程。 2002年1月7日~11日，在美国拉斯维加斯举行的全球最大的消费类电子产品展CES (Consumer Electronic Show)，以及2月1 日在英国伦敦科学博物馆开幕“通向未来”科学技术展，展示了最新研究开发的DSP 新技术新产品在通信领域的应用。DSP制造商新推出一系列的产品，并且都瞄准了通信领域的应用。 作为处理数字信号的DSP技术，为人们快速的获取、分析和利用有效信息奠定
数字信号处理的应用与发展趋势 作者：王欢 天津大学信息学院电信三班 摘要： 数字信号处理是应用于广泛领域的新兴学科，也是电子工业领域发展最为迅速的技术之一。本文就数字信号处理的方法、发展历史、优缺点、现代社会的应用领域以及发展前景五个方面进行了简明扼要的阐述。 关键词： 数字信号处理发展历史灵活稳定应用广泛发展前景 数字信号处理的简介 1.1、什么是数字信号处理 数字信号处理简称DSP，英文全名是Digital Signal Processing。 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备以数字的形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。 DSP系统的基本模型如下： 数字信号处理是一门涉及许多学科且广泛应用于许多领域的新兴学科。它以众多的学科为理论基础，所涉及范围及其广泛。例如，在数学领域、微积分、概率统计、随即过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具；同时与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等学科也密切相关。近年来的一些新兴学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都是与数字信号处理密不可分的。数字信号处理可以说许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一门新兴学科的理论基础。 1.2、数字信号系统的发展过程 数字信号处理技术的发展经历了三个阶段。 70 年代DSP 是基于数字滤波和快速傅里叶变换的经典数字信号处理, 其系统由分立的小规模集成电路组成, 或在通用计算机上编程来实现DSP 处理功能, 当时受到计算机速度和存储量的限制,一般只能脱机处理, 主要在医疗电子、生物电子、应用地球物理等低频信号处理方面获得应用。 80 年代DSP 有了快速发展, 理论和技术进入到以快速傅里叶变换(FFT) 为主体的现代信号处理阶段, 出现了有可编程能力的通用数字信号处理芯片, 例如美国德州仪器公司(TI公司) 的TMS32010 芯片, 在全世界推广应用, 在雷达、语音通信、地震等领域获得应用, 但芯片价格较贵, 还不能进 入消费领域应用。 90 年代DSP 技术的飞速发展十分惊人, 理论和技术发展到以非线性谱估计为代表的更先进的信号处理阶段, 能够用高速的DSP 处理技术提取更深层的信息, 硬件采用更高速的DSP 芯片, 能实时地完成巨大的计算量, 以TI 公司推出的TMS320C6X 芯片为例, 片内有两个高速乘法器、6 个加法器, 能以200MHZ 频率完成8 段32 位指令操作, 每秒可以完成16 亿次操作, 并且利用成熟的微电子工艺批量生产,使单个芯片成本得以降低。并推出了C2X 、C3X 、C5X 、C6X不同应用范围的系列, 新一代的DSP 芯片在移动通信、数字电视和消费电子领域得到广泛应用, 数字化的产品性能价 格比得到很大提高, 占有巨大的市场。 1.3、数字信号处理的特点
《DSP技术与应用---基于TMS320C54X》 实验指导书 湘潭大学信息工程学院 姚志强 2010.09.23
TMS320VC5402 DSK使用注意事项 1) 先用并口电缆和串口线(用到的话)将TMS320VC5402DSK与PC机相连， 而后再将电源接上，打开Code Composer Studio（简称CCS）后有可能报TMS320VC5402DSK和PC机未能连上的错误，可在PC机的CMOS_BIOS重新设置并行口的特性。 2) 将TMS320VC5402DSK上的DIP Switches的5、6置ON，其它置OFF。 3) 要在关闭CCS后及在断电的情况下插拔USB电缆线和串口线。 4) 强烈建议不要带电插拨串口，插拨时至少有一端是断电的，否则串口容 易损坏。 5) TMS320VC5402DSK电路板上大多是CMOS集成电路，为防止静电击毁， 在拿出实验电缆后请立即将玻璃盖复原，任何时候都请不要用手及其它带电物体直接和电路板接触。 实验报告的撰写 1) 每个实验都单独写实验报告。 2) 实验要求和目的； 3) 实验主要内容； 4) 看懂程序代码，并画出程序流程图； 5) 作出硬件描述（如果与DSK板硬件有关）； 6）实验结果和心得。 实验注意事项 1) 实验项目所建工程文件统一放在F:\TI\CCS\myprojects下，其余盘在重启后会复原。 2) 实验过程中，不要涉及到中文路径(CCS不支持)，包括CCS程序安装路径、文件添加路径、实验源文件名称等。 3) 实验七CODEC语音回放实验用到DSK板，需要自带耳麦，请准备好。
实验一 CCS的安装与CCS操作界面的熟悉 一、实验目的 学会安装与设置Code Composer Studio。 熟悉CCS软件的操作界面。 二、实验设备 CCS安装光盘（本次安装程序在D:\DSP\ccs2.0ForC5000）、装有Windows 98以上操作系统的PC机 三、实验内容及步骤 https://www.doczj.com/doc/2710952650.html,S的安装 安装前需要卸载系统原来的C5000，进入控制面板进行卸载完毕后，再开始下面的步骤。 （1）找到CCS的安装软件，点击安装程序setup.exe，双击启动安装。安装完成后在 桌面上会有“CCS 2 C5000”和“SETUP CCS 2 C5000”两个快捷方式图标，分别对应CCS应用程序和CCS配置程序。 （2）双击运行“SETUP CCS 2 C5000”配置程序，配置驱动程序。本次实验没有用到实验箱，只需配置软件驱动程序。在弹出的“Import Configurantions”对话框中，先点击“Clear”键，清除以前的配置，然后选择“C5402 Simulator”,点击“Import”,最后点击“Save and Quit”按钮，完成配置。 https://www.doczj.com/doc/2710952650.html,S操作界面的熟悉 （1）在桌面上双击“CCS 2 C5000”，弹出一个TI仿真器并行调试管理器窗口。 （2）在管理器窗口的“open”菜单下选择“C54xx(C5402) Simulator”命令，将弹出一个CCS运行主窗口(如果直接弹出CCS运行主窗口,此步可略)。 (3) 点击Help_>Contents打开TMS320C54x Code Composer Stdio Help，在左边Contents列表中点击最后一个TMS320C5402 DSK,浏览了解其下所有子列表的内容，熟悉DSK板的基本硬件、配置及功能。 （4）对照教材介绍CCS的地方，逐一熟悉CCS中的12项菜单的功能，包括File、Edit、View、Project、Debug、Profiler、Option、GEL、Tools等菜单(结合实验二建立项目熟悉更好)。 （5）对照教材，逐一熟悉CCS的五种工具栏：Standard Toolbar、GEL Toolbar、Project Toolbar、Debug Toolbar、Edit Toolbar(结合实验二建立项目熟悉更好)。
数字信号处理技术及发展趋势 贵州师范大学物电学院电子信息科学与技术 罗滨志 120802010051 摘要 数字信号处理的英文缩写是DSP，而数字信号处理又是电子设计领域的术语，其实现的功能即是用离散（在时间和幅度两个方面）所采样出来的数据集合来表示和处理信号和系统，其中包括滤波、变换、压缩、扩展、增强、复原、估计、识别、分析、综合等的加工处理，从而达到可以方便获得有用的信息，方便应用的目的【1】。而DPS实现的功能即是对信号进行数字处理，数字信号又是离散的，所以DSP大多应用在离散信号处理当中。 从DSP的功能上来看，其发展趋势日益改变着我们的科技的进步，也给世界带来了巨大的变化。从移动通信到消费电子领域，从汽车电子到医疗仪器，从自动控制到军用电子系统中都可以发现它的身影【2】。拥有无限精彩的数字信号处理技术让我们这个世界充满变化，充满挑战。 In this paper Is the abbreviation of digital signal processing DSP, the digital signal processing (DSP) is the term in the field of electronic design, the function of its implementation is to use discrete (both in time and amplitude) sampling represented data collection and processing of signals and systems, including filtering, transformation, compression, extension, enhancement, restoration, estimation, identification, analysis, and comprehensive processing, thus can get useful information, convenient for the purpose of convenient application [1]. And DPS the functions is to digital signal processing, digital signal is discrete, so most of DSP applications in discrete signal processing. From the perspective of the function of DSP, and its development trend is increasingly changing our of the progress of science and technology, great changes have also brought the world. From mobile communication in the field of consumer electronics, from automotive electronics to medical equipment, from automatic control to the military electronic systems can be found in the figure of it [2]. Infinite wonderful digital signal processing technology to let our world full of changes, full of challenges
由于成本、系统功耗和面市时间等原因，许多通讯、视频和图像系统已无法简单地用现有DSP处理器来实现，现场可编程门阵列(FPGA)尤其适合于乘法和累加(MAC)等重复性的DSP任务。本文从FPGA与专用DSP器件的运算速度和器件资源的比较入手，介绍FPGA 在复数乘法、数字滤波器设计和FFT等数字信号处理中应用的优越性，值得(中国)从事信号处理的工程师关注。 Chris Dick Xilinx公司 由于在性能、成本、灵活性和功耗等方面的优势，基于FPGA的信号处理器已广泛应用于各种信号处理领域。近50%的FPGA产品已进入各种通信和网络设备中，例如无线基站、交换机、路由器和调制解调器等。FPGA提供了极强的灵活性，可让设计者开发出满足多种标准的产品。例如，万能移动电话能够自动识别GSM、CDMA、TDMA或AMPS等不同的信号标准，并可自动重配置以适应所识别的协议。FPGA所固有的灵活性和性能也可让设计者紧跟新标准的变化，并能提供可行的方法来满足不断变化的标准要求。 复数乘法 复数运算可用于多种数字信号处理系统。例如，在通讯系统中复数乘积项常用来将信道转化为基带。在线缆调制解调器和一些无线系统中，接收器采用一种时域自适应量化器来解决信号间由于通讯信道不够理想而引入的干扰问题。量化器采用一种复数运算单元对复数进行处理。用来说明数字信号处理器优越性能的指标之一就是其处理复数运算的能力，尤其是复数乘法。 一个类似DSP-24(工作频率为100MHz)的器件在100ns内可产生24×24位复数乘积(2个操作数的实部和虚部均为24位精度)。复数乘积的一种计算方法需要4次实数乘法、1次加法和1次减法。一个满精度的24×24实数管线乘法器需占用348个逻辑片。将4个实数乘法器产生的结果组合起来所需的2个48位加法/减法器各需要24个逻辑片(logic slice)。这些器件将工作在超过100MHz的时钟频率。复数乘法器采用一条完全并行的数据通道，由4×348+2×24=1440个逻辑片构成，这相当于Virtex XCV1000 FPGA所提供逻辑资源的12%。计算一个复数乘积所需的时间为10ns，比DSP结构的基准测试快一个数量级。为了获得更高的性能，几个完全并行的复数乘法器可在单个芯片上实现。采用5个复数乘法器，假设时钟频率为100MHz，则计算平均速率为每2ns一个复数乘积。这一设计将占用一个XCV1000器件约59%的资源。 这里应该强调的一个问题是I/O，有这样一条高速数据通道固然不错，但为了充分利用它，所有的乘法器都须始终保持100%的利用率。这意味着在每一个时钟来临时都要向这些单元输入新的操作数。 除了具有可实现算法功能的高可配置逻辑结构外，FPGA还提供了巨大的I/O带宽，包括片上和片外数据传输带宽，以及算术单元和存储器等片上部件之间的数据传输带宽。例如，XCV1000具有512个用户I/O引脚。这些I/O引脚本身是可配置的，并可支持多种信号标准。实现复数乘法器的另一种方法是构造一个单元，该单元采用单设定或并行的24x24实数乘法器。这种情况下，每一个复数乘法需要4个时钟标识，但是FPGA的逻辑资源占用率却降到了最低。同样，采用100MHz系统时钟，每隔40ns可获得一个新的满精度复数乘积，这仍是DSP结构基准测试数据的2.5倍。这一设定方法需要大约450个逻辑片，占一个XCV1000器件所有资源的3.7%(或XCV300的15%)。 构造一条能够精确匹配所需算法和性能要求的数据通道的能力是FPGA技术独特的特性之一。而且请注意，由于FPGA采用SRAM配置存储器，只需简单下载一个新的配置位流，同样的FPGA硬件就可适用于多种应用。FPGA就像是具有极短周转时间的微型硅片加工厂。
数字信号处理的新技术及发展 摘要：数字信号处理是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。本文简述了数字信号处理技术的发展过程，分析了数字信号处理技术在多个领域应用状况，介绍了数字信号处理技术的最新发展，对数字信号处理技术的发展前景进行了展望。 关键词：信号数字信号处理信息技术DSP 0引言 自从数字信号处理（Digital Signal Processor）问世以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生，并到迅速的发展。由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。随着技术成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合得到成功应用。 1数字信号处理技术的发展历程 DSP的发展大致分为三个阶段： 在数字信号处理技术发展的初期（二十世纪50-60年代），人们只能在微处理器上完成数字信号的处理。直到70年代，有人才提出了DSP的理论和算法基础。一般认为，世界上第一个单片DSP芯片应当是1978年AMI公司发布的S281l。1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个重要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的mPD7720是第一个具有硬件乘法器的商用DSP芯片，从而被认为是第一块单片DSP器件。 随着大规模集成电路技术的发展，1982年美国德州仪器公司推出世界上第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品，标志了实时数字信号处理领域的重大突破。Ti公司之后不久相继推出了第二代和第三代DSP芯片。90年代DSP发展最快。Ti公司相继推出第四代、第五代DSP芯片等。 随着CMOS技术的进步与发展，日本的Hitachi公司在1982年推出第一个基于CMOS工艺的浮点DSP芯片，1983年日本Fujitsu公司推出的MB8764，其指
基于TMS320C6455的高速数字信号处理系统设计 摘要：针对高速实时数字信号处理系统设计要求，本文提出并设计了基于dsp+fpga结构的高速数字信号处理系统，采用ti公司目前单片处理能力最强的定点dsp芯片tms320c6455为系统主处理器，fpga作为协处理器。详细论述了dsp外围接口电路的应用和设计，系统设计电路简洁、实现方便，可靠性强。 关键词：tms320c6455 fpga 数字信号处理系统设计 design of high-speed digital signal processing system based on tms320c6455 cao jingzhi,he fei,li qiang，ren hui，qin wei （department of tool development,china petroleum logging co.,ltd shaan xi xi’an 710077） abstract:according to the design needs of high-speed real-time digital signal processing system.the paper puts forward a design of high-speed digital signal processing system based on dsp+fpga structure,adopting ti company fixed-point dsp chip tms320c6455,the currently strongest capacity monolithic processor,for system main processor,and fpga as coprocessor.this paper describs the application and design of dsp periphery circuit interface in detail.the system design has simple circuit and realize convenient, reliability.
DSP技术综述 班级：7 学号： 姓名：
【摘要】数字信号处理（DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。它是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。本文概述了数字信号处理技术的发展过程，分析了DSP处理器在多个领域应用状况，介绍了DSP的最新发展，对数字信号处理技术的发展前景进行了展望。 【Abstract】:Digital signal processing (DSP) is the one who is widely used in many disciplines involved in many areas of emerging disciplines. It is a through the use of mathematical skills execution conversion or extract information, to deal with real signal method, these signals by digital sequence said.This paper outlines the development of digital signal processing technology, processes, analyzes the DSP processor, application status in many areas, introduced the latest developments in DSP, digital signal processing technology for the future development prospects. 【关键词】数字信号处理；DSP平台；DSP发展趋势【Key words】Signal digital signal processing ; DSP platform ; the development trend of DSP
高速实时数字信号处理系统技术探析 （毛二可院士 龙腾副教授） 高速实时数字信号处理（ＤＳＰ）技术取得了飞速的发展，目前单片ＤＳＰ芯片的速度已经可以达到每秒１６亿次定点运算（１６００ＭＩＰｓ到４８００ＭＩＰｓ）；最近ＴＩ宣布１ＧＨｚ ＤＳＰ已经准备投产。其高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术进入一个新纪元。一个完整的高速实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如ＤＳＰ、ＡＤＣ、ＤＡＣ等等。本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的产生、特点、构成、以及系统设计中的一些问题，并对其中的主要功能模块分别进行了分析。 一、高速实时数字信号处理概述 １．信号处理的概念 信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息从各种噪声、干扰的环境中提取出来，并变换为一种便于为人或机器所使用的形式。从某种意义上说，信号处理类似于＂沙里淘金＂的过程：它并不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）从各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等等）。如果不进行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的；这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。 ２．高速实时数字信号处理的产生 早期的信号处理主要是采用模拟的处理方法，包括运算放大电路、声表面波器件（ＳＡＷ）以及电荷耦合器件（ＣＣＤ）等等。例如运算放大电路通过不同的电阻组配可以实现算术运算，通过电阻、电容的组配可以实现滤波处理等等。模拟处理最大的问题是不灵活、不稳定。其不灵活体现在参数修改困难，需要采用多种阻值、容值的电阻、电容，并通过电子开关选通才能修改处理参数。其不稳定主要体现为对周围环境变化的敏感性，例如温度、电路噪声等都会造成处理结果的改变。 解决以上问题最好的方法就是采用数字信号处理技术。数字信号处理可以通过软件修改处理参数，因此具有很大的灵活性。由于数字电路采用了二值逻辑，因此只要环境温度、电路噪声的变化不造成电路逻辑的翻转，数字电路的工作都可以不受影响地完成，具有很好的稳定性。因此，数字信号处理已经成为信号处理技术的主流。 数字信号处理的主要缺点是处理量随处理精度、信息量的增加而成倍增长，解决这一问题的方法是研究高速运行的数字信号处理系统；这就是本文所探讨的主题：高速实时数字信号处理的理论与技术。 ３．高速实时数字信号处理特点 高速实时数字信号处理的特点： 首先是高速度，其处理速度可以达到数百兆量级。
数字信号处理技术的应用和发展 摘要互联网信息化技术的不断进步和应用范围的持续拓宽加速了数字时代的到来。数字信号处理技术是将声音、图片或者是视频进行信息的模拟再将其转化为数字信息，该技术也是数字时代的标志性技术，目前已经在仪器仪表、通信、计算机以及图像图形处理等领域得到了广泛应用。本文结合数字处理技术的特点，就其应用现状和发展方向进行了思考。【关键词】数字信号处理数字时代计算机技术发展 计算机、机械制造、通讯等技术的进步为数字信号处理技术的发展提供了基础。数字信息护理技术可以对更大层面的数据信息进行分析处理，作为数字信号处理环节中实用性较强的应用型技术综合了数字信号处理理论、硬件技术、软件技术等。分析数字信号技术的发展现状对于技术和优化和应用水平的提高有着重要的理论意义和现实意义。 1 数字信号处理技术概述 1.1 数字信号处理技术的特点 数据提取和转化是数字信号处理技术的本质特征，该技术就是将各类信号从复杂的环境中提取出来并将其转化为更加容易识别和利用的形式。高速的运算能力和高准确性的运算结果是数字信号处理技术的显著特征。通过独特的寻址模式和流水线结构是数字信号处理技术的主要运算方法。在一个指令周期内分别进行一次乘法和一次加法就是硬件乘法累加操作，该技术应用在实际的操作中速度可以达到800Mb/s。除此之外数字信号处理技术的稳定性也十分出色，通过二值逻辑的采用使得数字信号处理技术可以保证较强的环境使用能力。在软件的作用下数字处理技术可以实现参数的修改，保证较强的灵活性。 1.2 数字信号处理技术应用的意义
各类新技术的出现与发展对于社会生产和人类生活产生了巨大的影响，数字信号处理技术作为一项发展较快且适用性强的技术，其发展迅速在各个领域的应用水平也不断提高，销售价格也随之降低。目前应用中的数字信号处理技术的总线、资源及技术结构的标准化程度不断提高，一方面这会加剧我国的电子产品行业的竞争，另一方面也会促进电子产品和其他相关行业的进步与发展。 2 数字信号处理技术的应用思考 2.1 通信领域的应用 目前数字信号技术已经在众多领域得到了应用，通信领域中信号处理技术的应用推动了通信技术的发展和通信行业的变革。数字信号处理技术显著提高了通信信号和信息的处理效率和处理质量，为通信技术的进步与变革提供了基础，数字信号处理技术已经成为了通信理论中的一个新的学科，加快了无线系统成为主流通信方式的进程，数字信号处理技术对于通信行业的发展有着重要的支撑和引导作用，可视电话以及通信扩频等都需要数字信号处理技术参与的情况下才可以实现。 2.2 图像图形技术领域的应用 数字信号处理技术在图像图形技术领域的应用主要集中在有线电视机高品位卫星广播中，除此之外在MPEG2编码器和译码器、DVD活动中的图像压缩和解压中也发挥着重要的作用。数字信号处理技术的应用有效推动了信息处理速度和处理功能的提高，科技的不断进步加快了活动影像解压技术的快速发展。 2.3 仪器仪表领域中的应用 目前仪器仪表领域中相关测量工作中也有着数字信号处理技术的应用，于此同时该技术有取代高档单片机成为主流仪器仪表测量方式的趋势。在仪器仪表的开发和测量中应用数字信号处理技术有利于产品档次的提高，相较于传统的信息处理技术数字信号处理技术的内在资源
高速实时数字信号处理硬件技术发展概述 摘要:在过去的几年里，高速实时数字信号处理（DSP）技术取得了飞速的収展，目前单片DSP芯片的速度已经可以达到每秒80亿次定点运算（8000MIPS）；其 高速度、可编程、小型化的特点将使信息处理技术迚入一个新纪元。一个完整的高速 实时数字信号处理系统包括多种功能模块，如DSP，ADC，DAC，RAM，FPGA，总线接口等技术本文的内容主要是分析高速实时数字信号处理系统的特点，构成，収展过程和系统设计中的一些问题，幵对其中的主要功能模块分别迚行了分析。最后文中介绍了一种采用自行开収的COTS产品快速构建嵌入式幵行实时信号处理系统的设计方法。 1．概述 信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息仍各种噪声、干扰的环境中提取出来，幵变换为一种便于为人或机器所使用的形式。仍某种意义上说，信号处理类似于”沙里淘金”的过程:它幵不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）仍各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等）。如果不迚行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的，这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。 高速实时信号处理是信号处理中的一个特殊分支。它的主要特点是高速处理和实时处理，被广泛应用在工业和军事的关键领域，如对雷达信号的处理、对通
信基站信号的处理等。高速实时信号处理技术除了核心的高速DSP技术外，还包括很多外围技术，如ADC，DAC等外围器件技术、系统总线技术等。 本文比较全面地介绍了各种关键技术的当前状态和収展趋势，幵介绍了目前高性能嵌入式幵行实时信号处理的技术特点和収展趋势，最后介绍了一种基于COTS产品快速构建嵌入式幵行实时信号处理系统的设计方法。 2．DSP技术 2.1 DSP的概念 DSP（digital signal processor），即数字信号处理器，是一种专用于数字信号处理的可编程芯片。它的主要特点是: ①高度的实时性，运行时间可以预测； ②Harvard体系结构，指令和数据总线分开（有别于冯·诺依曼结构）； ③RISC指令集，指令时间可以预测； ④特殊的体系结构，适合于运算密集的应用场合； ⑤内部硬件乘法器，乘法运算时间短、速度快； ⑥高度的集成性，带有多种存储器接口和IO互联接口； ⑦普遍带有DMA通道控制器，保证数据传辒和计算处理幵行工作； ⑧低功耗，适合嵌入式系统应用。 DSP有多种分类方式。其中按照数据类型分类，DSP被分为定点处理器（如ADI的ADSP218x/9xBF5xx，TI的TMS320C62/C64）和浮点处理器（如ADI的SHARC/Tiger SHARC系统·TI的TMS320C67）。 雷达信号处理系统对DSP的要求很高，通常是使用32bit的高端DSP；而且浮
《数字信号处理》课程教学大纲 课程编号: 11322617，11222617，11522617 课程名称：数字信号处理 英文名称：Digital Signal Processing 课程类型: 专业核心课程 总学时：56 讲课学时：48 实验学时：8 学分：3 适用对象: 通信工程专业、电子信息科学与技术专业 先修课程：信号与系统、Matlab语言及应用、复变函数与积分变换 执笔人：王树华审定人：孙长勇 一、课程性质、目的和任务 《数字信号处理》是通信工程、电子信息科学与技术专业以及电子信息工程专业的必修课之一，它是在学生学完了信号与系统的课程后，进一步学习其它专业选修课的专业平台课程。本课程将通过讲课、练习、实验使学生掌握数字信号处理的基本理论和方法。为以后进一步学习和研究奠定良好的基础。 二、课程教学和教改基本要求 数字信号处理是用数字或符号的序列来表示信号，通过数字计算机去处理这些序列，提取其中的有用信息。例如，对信号的滤波，增强信号的有用分量，削弱无用分量；或是估计信号的某些特征参数等。总之，凡是用数字方式对信号进行滤波、变换、增强、压缩、估计和识别等都是数字信号处理的研究对象。 本课程介绍了数字信号处理的基本概念、基本分析方法和处理技术。主要讨论离散时间信号和系统的基础理论、离散傅立叶变换DFT理论及其快速算法FFT、IIR和FIR数字滤波器的设计以及有限字长效应。通过本课程的学习使学生掌握利用DFT理论进行信号谱分析，以及数字滤波器的设计原理和实现方法，为学生进一步学习有关信息、通信等方面的课程打下良好的理论基础。 本课程将通过讲课、练习、实验使学生掌握数字信号处理的基本理论和方法。为以后进一步学习和研究奠定良好的基础，应当达到以下目标： 1、使学生建立数字信号处理系统的基本概念，了解数字信号处理的基本手段以及数字信号处理所能够解决的问题。 2、掌握数字信号处理的基本原理，基本概念，具有初步的算法分析和运用MATLAB编程的能力。 3、掌握数字信号处理的基本分析方法和研究方法，使学生在科学实验能力、计算能力和抽象思维能力得到严格训练，培养学生独立分析问题与解决问题的能力，提高科学素质，为后续课程及从事信息处理等方面有关的研究工作打下基础。 4、本课程的基本要求是使学生能利用抽样定理，傅立叶变换原理进行频谱分析和设计简单的数字滤波器。 三、课程各章重点与难点、教学要求与教学内容
dsp技术及应用试题及答案（一） dsp技术及应用试题及答案【一】 1.1 DSP的概念是什么?本书说指的DSP是什么? 答：DSP有两个概念。一是数字信号处理(Digital Signal Processing)，指以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理;二是数字信号处理器(Digital Signal Processor)，指是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。本书中的DSP主要指后者，讲述数字信号处理器的应用。 1.2 什么是哈佛结构和冯?诺伊曼结构?它们有什么区别? 答：(1) 冯·诺伊曼(Von Neuman)结构 该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行。当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操作数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作速度较慢。 (2)哈佛(Harvard)结构 该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，
有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理。 1.3 已知一个16进制数3000H，若该数分别用Q0、Q5、Q15表示，试计算该数的大小。 答：3000H=12288。若用Q0表示，则该数就是12288;若用Q5表示，则该数就是12288*2-5=384;若用Q15表示，则该数就是12288*2-15=0.375 1.4 若某一个变量用Q10表示，试计算该变量所能表示的数值范围和精度。答：Q10能表示的数值范围是-32～31.9990234，其精度为2-10 1.5 若x=0.4567，试分别用Q15、Q14、Q5将该数转换为定点数。 答：Q15：x*215=int(0.4567*32768)=14965;Q14：x*214=int(0.4567*16384)=7482;Q5：x*25=int(0.4567*32)=14。 注意：结果都要取整;可以十进制也可以是十六进制。dsp技术及应用试题及答案【二】 2.1 TMS320C54x芯片的CPU主要由哪几部分组成? 答：CPU主要组成是40位的算术逻辑运算单元ALU; 40位的累加器A和B;
21世纪高等院校电子信息类规划教材 省高等学校“十二五”省级规划教材 数字信号处理与DSP实现技术 课后习题与参考答案 主编：帅 副主编：晓波 师学院 2015.11 第1章绪论思考题 1．什么是数字信号？ 2．什么是数字信号处理？ 3．数字信号处理系统的实现方法有哪些？ 4．数字信号处理有哪些应用？
5．数字信号处理包含哪些容？ 6．数字信号处理的特点是什么？ 第1章 绪论参考答案 1．时间和幅度都离散的信号称为数字信号，即信号的时间取离散的值，幅度也取离散的值。 2．数字信号处理是指在数字领域进行数字信号的加工（变换、运算等），即输入是数字信号，采用数字信号处理方法进行处理，输出仍然是数字信号。 3．数字信号处理系统的实现方法有①通用软件方法实现系统；②专用加速处理机方法；③软硬件结合的嵌入式处理方法；④硬件方法。 4．数字信号处理在通信、计算机网络、雷达、自动控制、地球物理、声学、天文、生物医学、消费电子产品等各个领域均有应用，是信息产业的核心技术之一。比如信源编码、信道编码、多路复用、数据压缩，数字语音、汽车多媒体、MP3/MP4/MP5、数字扫面仪、数字电视机顶盒、医院监视系统、生物指纹系统等。 5．数字信号处理主要包含以下几个方面的容 ①离散线性时不变系统理论。包括时域、频域、各种变换域。 ②频谱分析。FFT 谱分析方法及统计分析方法，也包括有限字长效应谱分析。 ③数字滤波器设计及滤波过程的实现（包括有限字长效应）。 ④时频-信号分析（短时傅氏变换），小波变换，时-频能量分布。 ⑤多维信号处理（压缩与编码及其在多煤体中的应用）。 ⑥非线性信号处理。 ⑦随机信号处理。 ⑧模式识别人工神经网络。 ⑨信号处理单片机(DSP)及各种专用芯片(ASIC)，信号处理系统实现。 6．数字信号处理主要具有4个方面优点：①数字信号精度高；②数字信号处理灵活性强；③数字信号处理可实现模拟信号难以实现的特性；④数字信号处理可以实现多维信号处理。 数字信号处理主要存在3个方面缺点：①需要模拟接口等增加了系统复杂性；②由于取样定理的约束其应用的频率受到限制；③功耗大。 第2章 离散时间信号与系统思考题 1.序列的表示方法有哪几种？ 答：枚举表示；公式表示；图像表示 2．已知序列???<+-≥++=0 ,50,1)(2n n n n n n x ，求序列的反褶序列)(n x -、时延序列)2(-n x 。 答：21,0()5,0n n n x n n n ?-+≤-=?+>?，22(2)(2)1,20(2)(2)5,2033,27,2 n n n x n n n n n n n n ?-+-+-≥-=?--+-
DSP技术的最新发展及其应用现状(1 2008-05-26 09:29:50 作者:吕海英来源:中国自动化网数字信号处理(DSP是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。在通常的实时信号处理中,它具有可程控、可预见性、精度高、稳定性好、可靠性和可重复性好、易于实现自适应算法、大规模集成等优点,这都是模拟系统所不及的。DSP的发展大致分为三个阶段: 在数字信号处理技术发展的初期(二十世纪50~60年代,人们只能在微处理器上完成数字信号的处理。直到70年代,有人才提出了DSP的理论和算法基础。一般认为,世界上第一个单片DSP 芯片应当是1978年AMI公司发布的S2811。1979年美国Intel 公司发布的商用可编程器件2920是DSP 芯片的一个主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。1980 年,日本NEC 公司推出的mP D7720是第一个具有硬件乘法器的商用DSP 芯片,从而被认为是第一块单片DSP器件。 随着大规模集成电路技术的发展,1982年美国德州仪器公司推出世界上第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品,标志着实时数字信号处理领域的重大突破。TI 公司之后不久相继推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28、第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32。90年代DSP发展最快,TI公司相继推出第四代DSP芯片TMS320C40/C44、第五代DSP芯片 TMS320C5X/C54X、第二代DSP芯片的改进型TMS320C2XX、 集多片DSP芯片于一体的高性能DSP芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等。 随着CMOS技术的进步与发展,日本的Hitachi 公司在1982年推出第一个基于CMOS工艺的浮点DSP芯片,1983年日本Fujitsu公司推出的MB8764,其指令周期为120ns,且具有双内部总线,从而使处理吞吐量发生了一个大的飞跃。而第一个高性能浮点DSP芯片应是AT&T公司于1984年推出的DSP32。
数字信号处理总结 一、离散时间信号与系统的基本理论、信号的频谱分析 1、离散时间信号 1）离散时间信号：时间是离散变量的信号，即独立变量时间被量化了。 信号的幅值可以是连续数值，也可以是离散数值。 2）数字信号：时间和幅值都离散化的信号。 3）离散时间信号可用序列来描述 4）序列的卷积和（线性卷积） ∑∞ -∞ ==-= m n h n x m n h m x n y ) (*)()()()( 5）几种常用序列 a)单位抽（采、取）样序列（也称单位冲激序列）， ?? ?≠==0 ,00 ,1)(n n n δ b)单位阶跃序列, ?? ?<≥=0,00,1)(n n n u c)矩形序列， ?? ?=-≤≤=其它n N n n R N , 01 0,1)( d)实指数序列, )()(n u a n x n = 6）序列的周期性 所有n 存在一个最小的正整数N ,满足：)()(N n x n x +=,则称序列)(n x 是周期序列，周期为N 。正弦序列) sin()(0?ω+=n A n x 的周期性取决于 ω，()n x 是 周期序列。 7）时域抽样定理： 一个限带模拟信号 () a x t ，若其频谱的最高频率为 F ，对它进行等间隔抽样 而得()x n ，抽样周期为T ，或抽样频率为 1/s F T =； 只有在抽样频率 2s F F ≥时，才可由()x n 准确恢复 () a x t 。
2、离散时间信号的频域表示（时域离散信号的傅里叶变换；序列的傅立叶变换） ∑∞ -∞ =-= =n n j j e )n (x )e (X )j (X ωω ω，((2))()X j X j ωπω+= ω ωπ ωπ π d e j X n x n j ?- = )(21 )( 3、离散时间信号的复频域分析（时域离散信号的Z 变换，序列的Z 变换） ∑∞ -∞ =-= =n n z n x n x z X )()]([)(Z ； 1）Z 变换与傅立叶变换的关系， ω ωj e z z X j X ==)()( 2）Z 变换的收敛域 收敛区域要依据序列的性质而定。 同时，只有Z 变换的收敛区域确定之后，才能由Z 变换唯一地确定序列。 一般来来说，序列的Z 变换的收敛域在Z 平面上的一环状区域：+ -<