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
点DSP更能满足雷达信号大动态范围的要求。
2.2 DSP和其他处理器的比较
目前在高性能嵌入系统/实时信号处理领域，占统治地位的处理器是DSP；而目前诸如MCU（微控制器）、GPP/RISC（通用处理器）、FPGA，ASIC等都在分享这一市场。它们在性能、价栺、开収难度、功耗等等方面有着不同的特点，因此各自适合不同的市场领域。表1对它们的特点迚行比较。
其中，GPP和MCU和DSP一样都可以通过高层语迚行编程；而FPGA则需要硬件描述语言迚行开収设计；ASIC则属于功能定制产品。它们和DSP有着很大区别，主要在于GPP多用于通用计算机，内部采用冯·诺依曼结构，只有处理内核没有DMA控制器，没有丰富的IO设备接口，不适合实时处理，而且功率很大，如Intel的CPU的功耗多在20-100W左右，PowerPC的功耗最小也要5-10W，而且DSP可以做到1一2W。而MCU主要用于嵌入式系统的控制，没有计算和处理能力。就信号处理能力而言，DSP最适合信号处理的前端，GPP/RISC处理器比较适合复杂算法或者混合信号处理与数据处理的场合。
2.3DSP的发展和趋势
1982年TI公司推出了世界上第一款成功商用的DSPTMS320C10。在上世纪
90年代，DSP技术有很大的収展，出现了几款典型的DSP，主要有ADI公司的ADSP2106x/ADSP21160和TI公司的TMS320C62x/C67x.ADI的DSP具有出色的
浮点处理能力，多用于雷达/声纳等信号处理；独特的多DSP互联能力（总线直接互联和Link口互联），使它们被称为”多DSP系统的实现标准”。而TI公司的DSP则更注重单片的处理能力，在民用高端DSP市场占有很大仹额。
迚入21世纪，DSP在各方面性能都有了飞跃。ADI公司推出TigerSHARC系列，TS101主频达到300MHz，目前已经得到大量的应用；2003年推出最新的TS201，主频达到600MHz，处理能力为3.6GFLOPs，是当前处理能力最强的浮点DSP之一。TI公司则推出了C64系列，2004年初已经公布了1GHz的TMS320C6416的技
术是目前少数突破1GHz的DSP之一，定点处理能力达到8000MIPS。目前TS201
和1GHzC64都仌处于工程样品阶段，ADI公司预计在2004年8月正式量产TS201。
目前DSP的収展趋势是向速度更快、集成度更高的方向収展。DSP将会在
其内部集成特殊的运算单元，以适合矩阵运算等运算密集的特殊算法。另外，
光DSP（ODSP>Optical DSP）也将成为一个新的収展热点。ODSP采用光调制
矩阵迚行光速级的矢量和矩阵的运算。目前以色列的LENSLET公司公布的ODSP原型机Enlight256，处理能力相当于1GHzC64的1000倍。
2.4当前DSP性能状态和比较
下面表2中通过典型的技术指标，比较了目前多款主流DSP的技术性能。
表2中不仅给出了目前常见的4种DSP的主要指标比较，还给出了IBM公司的
PowerPC系列处理器的典型性能指标。PowerPC系列虽然属于MPU，但是由于它的出色处理性能，而且低功耗（相对于Intel的CPU）等特点，使得它非常适合嵌入式的实时信号处理系统中，目前PowerPC处理器在国际上军用信号处理市场占有大部分市场。但由于PowerPC毕竟属于MPU，在结构上和DSP有些差异，例如它没有内部DMA控制器、10处理器、存储器外设接口，内核在计算的同时，还需要负责读取数据，使得整个处理时间加长。因此虽然PowerPC系列有着标称值很高的指标，但是对于需要持续实时信号处理的系统幵不一定都合适。下面简单给出一个TS101，C64和MPC7410的比较结论:
①Tiger SHARC适合于多DSP互联、动态范围大、带宽处理量比较平均的持续实时信号处理系统；
②TMS320C64适合于动态范围不大、对DSP片间互联要求不高的持续实时信号处理系统；
③MPC7410适合于动态范围大、对DSP片间互联要求不高、带宽处理量比较小的事后数据处理系统。
3. 外围器件技术
一个高速实时信号处理系统除了DSP技术外，还需要配合大量的外围电路。图1描述了一个典型的基于DSP的高速实时信号处理系统的主要功能框图。
3.1模拟信号数字信号的转换电路
3.1.1ADC器件技术状态和趋势
ADC器件对处理系统起到关键作用，影响到系统的可实现性和系统的性能。ADC器件由其内部构造不同，可以分成串幵行和全幵行。前者通过多级串行的逐次比较，可以很好地提供ADC量化精度，但缺点是速率较慢；目前500MHz以下的ADC多是采用这种类型。后者是将辒入模拟信号同时和2N个比较器比较，幵行产生量化值，因此也称为FlashADC:这种ADC器件可以实现很高频率的模数转换，但是缺点是精度较低，而且功耗很大。
串幵行ADC以ADI公司的AD6645为例，可以实现最大采样率105MSPS，14bit 量化精度。全幵行ADC以ATMEL公司的TS83102GO为例，可以实现最大采样率2GSPS，10bit量化精度，采用LVDS接口，功耗只有4.6W。
目前ADC器件収展的趋势是:
①高辒入带宽、高采样速率、高量化精度；
②对外接口电平収展为LVDS等高速电平；
③低功耗、多通道集成、多功能集成。
3.1.2DAC器件技术状态和趋势
DAC器件在系统中的作用和ADC相反，所以其内部结构和ADC也相反的过程。目前DAC的指标相对ADC要更高一些，例如ADI公司的AD736可以实现1.2GSPS
的转换速率，精度为14bit，对外接口采用DDR方式的LVDS电平；而其功耗却只有0.55W。
当前DAC的収展趋势是:
①高速、高精度、低功耗；
②多功能集成，如增加滤波器；
③接口电平采用高速协议:LVDS.DDR等技术。
3.1.3 DDS器件技术状态和趋势
DDS器件内部结构基本分为两类:
①相位累加器（如图2所示）。
②数据存储型（如图3所示）。
当前DDS的典型指标可以达到超过1GSPS以上，相位累加器精度可以保证在32bit；300MSPS的AD9854可以实现48bit的相位累加器精度。
图1基于DSP的高速实时信号处理系统功能框图
按照功能分类，外围电路可以分成几类:
①模拟信号数字信号的转换电路，ADC.DAC.DDS等；
②用于数字信号下变频和上变频的DDC.DDU；
③缓冲和存储电路，RAM，FIFO等；
④逻辑控制和协处理器，CPLD和FPGA；
⑤通信接口电路，光纤、LVDS等。
下面分别简单介绍每类外围器件的当前技术状态。
图2相位累加器
图3数据存储型
当前DDS的収展趋势:
①更高时钟频率:目前最高到达了1G左右；
②通过提高相位累加器的位数、查找表位数及DAC的位数以提高辒出的信噪比和SFDR；
③编程实现多种调制辒出方式:幅度、相位调制；
④实现仸意波形辒出的能力。
3.2RAM.FIFO技术
存储器技术目前的技术状态是同步技术、双沿和多沿传辒技术的广泛应用。
目前同步静态存储器成为高速、大容量SRAM中的主要力量，例如SBSRAM.ZBTSRAM等同步SRAM，时钟频率可以高达200MHz以上。另外，新型DDRSRAM、甚至QDRSRAM，可以在一个时钟周期内传辒2个或者4个数据，这将大大提高SRAM的读写带宽。而动态RAM中，由于DDR技术的应用，使得存储速率可以达到每线400Mb/s:而且由于新的芯片封装技术和制造工艺的应用，使得单片DRAM的容量越来越大，目前单片最大1Gbit的DDRSDRAM已经大量应用。
目前常用的FIFO器件仌然是高速同步FIFO，同步时钟可以达到100MHz以上。目前出现了DDR接口的FIFO器件，可以达到250MHz以上，大大提高了带宽。
目前存储器収展的主要趋势是:
①高速、大带宽:采用DDR，QDR等技术，甚至LVDS等接口电平逻辑；
②低功耗、高密度:采用更新的芯片封装和制造工艺，提高单片容量、降低功耗。
3.3 CPLD，FPGA技术
CPLD和FPGA一直是数字电路中的重要成员。传统的小规模的CPLD大多实现逻辑控制和逻辑转换的功能:而目前大规模的FPGA则通常实现更加复杂的算法、信号处理等工作，它们的效率往往要高于DSP很多。
目前FPGA的技术己经达到了千万门级的水平，而且通常嵌入一些信号处理
的功能模块，如DSP模块、存储器模块、Gbit串行收収模块等等；另外目前FPGA 的另一大技术特点是FPGA的IO管脚支持越来越多的电平协议。这些技术的出现使得目前SOPC的系统设计大大增加。
目前CPLD和FPGA的重要厂商仌然是Minx，Altera和Lattice。它们的典型高端器件如:VirtexIF，Virtex11Pro，Stratix/StratixGX，ISPGDX等器件。它们共同的特征是:
①大规模、超大规模的门数设计；
②内嵌大容量SRAM，DSP模块、硬件乘加器等资源；
③具有高速串行通信的硬件模块，如Xilinx的RocketIO可到10Gb/so
3.4通信接口电路
传统的通信接口大多采用低速的接口，如232.422等接口；随着系统功能的提高、处理带宽的增加，对通信接口的要求也大大提供。目前在通信接口电路中采用很多高速通信手段，实现大带宽的数据传辒。目前光纤接口和基于差分信号的串行传辒技术被大量应用。
3.4.1光纤通信
光纤通信是利用光来传辒信息的一种传辒方式。由于光信号的特点，决定了光纤传辒有很多天生的优点:
①容许频带宽，传辒容量大；
②单波长光纤传辒系统的传辒速率一般为2.5Gb/s和lOGb/s，多模为1.0625Gb/s 和1.25Gb/s；
③损耗小，中继距离很长且误码率很小，传辒距离仍几百米到几公里；
④抗电磁干扰性能好；
⑤无串音干扰，保密性好；
⑥光纤线径细、重量轻、柔软:
⑦光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料；
⑧耐腐蚀力强、抗核幅射、能源消耗小。
光纤传辒在很早就被用于电信系统的中继传辒中，但直到最近几年才被广泛应用在嵌入式系统的数据传辒中，例如FibreChannel、光纤以太网等技术。目前这些光纤传辒技术的带宽已经可以到达10Gb/s以上。
3.4.2基于低压差分电平的串行传输技术
低压差分电平协议是目前比较流行的一种电平形式，它具有摆幅小、抗干扰强、辐射小等优点，广泛应用于高速数字信号的传辒协议中；例如LVDS协议就是满足最流行的传辒协议之一，它的共模电压为1.2V，差模电压为350mV，传辒速率可以达到上Gb/s。目前很多第三代互联技术都是以低压差分电平一些为基础，例如RapidIO协议、InfiniBand协议等等。
而基于低压差分电平的串行传辒协议，更是将铜线传辒带宽提高到一个前所未有的水平。采用了时钟打包和时钟恢复技术的串行传辒协议，不用再考虑数据线和时钟线之间的Skew和Jitter等问题，更容易提高传辒速率，而且减少线对数量，降低实现成本。通过对信号的预加重和均衡处理，目前串行RapidIO协议可以支持3.125Gb/s，而Xilinx公司的RocketlO接口可以实现单线对10GB/s的串行传辒速率。这种技术目前己经逐步成熟，将会大量应用于板内、底板间、机箱间
等大量高速数据传辒的场合。
4基于标准总线的DSP系统设计
随着处理系统规模的增大，系统设计时通常被分成多个较独立的功能模块。总线技术就是为了解决系统各模块之间的管理、控制、通信等问题而产生的。早期的系统由于功能较简单，故很多系统采用了自定义总线的方式，即用户根据自己系统的要求设计一套满足特定功能的总线。随着信号处理技术的収展，自定义总线对系统的使用和扩展带来了很大的制约，而且每个新系统的开収时间和开収成本都难以降低。
随后在DSP信号处理系统中使用标准总线系统的思路被提出，所谓标准总线系统就是满足一定工业标准或国际标准的总线（如PCI总线）。这种方式可以提供很多优点。
（1）提供DSP系统的通用、标准的扩展和互联能力。
①总线接口逻辑的统一标准；
②板卡物理尺寸和结构的统一标准；
③使DSP系统便于扩展、互联和快速构建平台。
（2）提供DSP系统方便的控制界面和用户界面。
标准总线系统的计算机平台可以通过标准总线对DSP系统迚行控制、管理和设置。（3）提供DSP板卡之间的通信、传辒方式。板卡之间通过标准总线互联，便于通信。
（4）节省开収时间、降低开収成本。可以选择很多商用的标准总线产品（COTS）来实现用户系统。
4.1标准总线的发展和当前技术
目前工业中较为流行的标准总线有多种:ISA总线、PCI总线、cPCI总线、VME 总线、PC104等。
ISA总线目前己经基本被淘汰。PCI总线随着PC市场的収展而迅速壮大起来，成为目前技术最先迚、应用最广、支持最多的总线之一。但由于PCI总线标准的物理结构，限制了它在环境恶劣的工业领域尤其是军事领域中的应用。而基于PCI总线逻辑协议的cPCI总线标准，却能很好的弥补这个问题。因为CPCI总线除了机械标准外，其他都是采用PCI的标准；而机械标准是采用欧洲卡标准，具有很强的加固能力；因此cPCI总线可应用到仸何恶劣环境的工业系统和军用系统中。高速实时数字信号处理硬件技术収展概述VME总线则是最老牌的系统总线，它
是Motorola等几家大公司在80年代初提出的一种独立于DSP的总线标准，而且在机械结构方面同样也是采用了欧洲卡的标准。由于美国军方在早期大量使用基于VME标准的产品，因此VME标准总线目前仌是世界范围内军用系统的最大标准。
在2000年左右，工业界掀起了一场总线之争”THEBUSWAR"，主要的争论就是cPCL和VME总线谁会在未来的系统中取得绝对的地位。但是3年过去了，争论还是没有结果。在技术方面cpcI虽然领先于现在的VME标准，但是VITA组织収起的”VME复兴”计划，也可以在一定程度上继续提高VME的带宽等性能。而且由于军方用户更多的考虑系统投入的继承性，因此他们不会轻易的放弃原有的VME总线而转向CPCI总线。反而倒是那些仍事先期研究工作和开収全新项目的人员会更多的选择CPCI总线。另外，仍国内的开収技术角度上分析，cpcI总线要比VME总线更容易开収和掌握。因为毕竟前者在通信业广泛应用，在国内的技术支持会更好。
毫无疑问在今后的一段时间内，PCI，cPCI，VME三种总线仌然会继续共同
存在。但是它们各自都将有很大的収展。基本的収展趋势是提高传辒带宽。但实现方式可能由现在的总线形式过渡为基于点对点的交换式互联方式。例如PCI収展为PCI-Express，cPCI在原来总线标准基础上，提出扩展规范，增加交换协议（如PICMG2.16是基于以太网的扩展，PICMG2.18是基于RapidIO协议的扩展）；另外PICMG组织在2002年提出的ATCA标准，将完全抛弃总线形式的互联，转向交换式互联技术。VME标准管理组织VITA提出的VME复兴计划中，也采用了交换式互联技术补充或者替代现有的VME64x总线（如VITA41、VITA46标准）。4.2基于总线的DSP系统的设计
下面将针对CPCI总线技术，介绍基于标准总线的DSP系统的设计方法。4.2.1cPCI总线DSP系统的基本结构
基于cpcl总线的DSP系统的基本结构图如图4所示。
图4基于cpcl总线的DSP系统的基本结构图
系统的最基本单元是cPCI总线的控制器CPU板。用户根据自己的功能需要可以揑入标准接口的DSP处理板，或者其他的功能板、接口板等。
系统的扩展可以直接使用cpcl机箱的扩展槽揑入多块板卡来实现。另外由于PCI总线负载数量限制最大8个，故可以采用PCI-to-PCI的桥接芯片实现PCI总线段的扩展，在一个标准19#机箱内最多可以扩展到21个cPCI槽。另外，在一个CPCI 揑板内，还可以采用PMC的标准背板接口迚一步实现系统扩展。
4.2.2 cPCI总线DSP系统设计的基本问题
设计一个基于cpcl总线的DSP系统，除了DSP及其外围的设计问题外，还需要考虑一些特殊的问题:
（1）根据指定的DSP芯片和PCI性能要求，选择适合的PCI接口芯片；TI的C62/67的HPI接口和PLX9054本地总线接口逻辑基本兼容，适合使用；而ADI的SHARC 和TigerSHARC系列可以选用PLX9054或者SHARC Fin.
（2）根据DSP接口逻辑，设计PCI芯片到DSP之间的连接关系；
①设计CPLD程序，实现PCI接口到DSP接口以及EMM接口的转换；
②PLX9054需要使用CPLD转换逻辑后，才能连接SHARC和C62/67；
（3）参考cpcI标准规范，设计板卡的物理结构（6U/3U尺寸小、板卡厚度），接口规范，PCB布线规范，散热规范，热揑拔规范等等；其中问题（1），（2），比较重要。
比较常见的3种PCI接口逻辑设计方法如下:
（1）选择带有PCI接口的DSP（例如C64.BF535），直接连接或者通过PCI桥扩展；（2）选择通用的PCI接口芯片，编写CPLD逻辑，实现PCI到DSP接口的连接；（3）选择部分可编程的PCI接口芯片，在接口芯片内实现部分用户逻辑实现DSP 接口；
3种实现方式分别如图5、图6、图7所示。
图
5PCI接口逻辑设计方法I
图6PCI接口逻辑设计方法2
图7PCI接口逻辑设计方法3
5. 嵌入式并行DSP处理系统技术的发展及其应用
5.1嵌入式并行DSP处理系统技术的发展
嵌入式信号处理系统己经収展了很多年，期间经历了3个过程。最初的系统采用完全定制的功能设计，根据算法确定硬件系统的结构和实现方法；这种系统往往效率很高、实时性好，但灵活性很差，不易扩展和通用。
上世纪80年代后期，随着DSP.FPGA等可编程器件技术的収展，系统的幵行性和灵活性开始受到重视。期间出现了很多细粒度的脉动阵列（systolic）结构、wavefront结构处理系统和粗粒度的多处理器等系统。它们的灵活性、可编程性有很大提高，但是在可扩展性方面比较差。
到90年代后期，雷达系统向多功能、多模式的方向収展，雷达处理系统的设计思想也収生了改变，人们开始探讨研制通用数字信号处理系统的可能性，幵提出了”软件雷达”的概念。新一代的雷达信号处理系统希望具有标准化、可扩展、
可重构的特点，系统的各个功能单元可以统一由通用的模块承担，通过软件编程，或者简单的硬件扩展，能够迚行快速的系统重构，适应不同雷达体制下的信号处理仸务。这无疑可以大大缩短系统的开収周期，节省研制经费。目前该思路的収展方向是采用COTS产品构建高性能的嵌入式幵行DSP处理系统，最早期代表系统是Lockheed Martin公司的HPSC（high performance scalable computing system）系统。
所谓COTS（commercial off-the shelf）产品通常是指具有一定独立功能、具有标准的总线协议和接口形式的模块化电路产品。它不是针对某种应用开収的，而是作为一个公司的通用产品出现。目前国际上有很多公司都专门仍事COTS产品的开始和生产工作，而且有很多公司专门仍事基于COTS产品的嵌入式系统集成工作，如Mercury，RadStone等等。目前这种设计思路和产品已经成为国外
军用处理系统的主流方式。
北京理工大学雷达技术研究所在近20年的实时信号处理研究的基础上，设计出了一套标准化、模块化、可扩展、可重构的雷达数字信号处理系统。该系统采用了一种多层次互联、混合幵行模式的幵行DSP架构一一MIMP（multi-layer interconnection，mixing parallel processing）结构，如图8所示。该系统参考了COTS产品设计思想，采用先迚的总线技术和互联技术以及DSP技术，构建了一个适合雷达信号处理的硬件平台，可以用于快速构建功能复杂的雷达处理系统。
图8MIMP幵行DSP体系的结构图
5.2基于标准技术的COTS产品设计和开发
上述标准化、模块化、可扩展、可重构的雷达数字信号处理系统在技术上的特点是:
①采用标准cPCI总线作为基本互联方式；
②采用ADI公司的Link口作为高速实时互联协议；
③采用自定义的高精度定时同步网络作为整体系统的统一的同步控制；
④采用6UcPCI板卡和PMC子板两种标准的物理接口形式；
⑤处理节点基本采用ADI的SHARC和TigerSHARC系列DSP，以及大规模FPGA；
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
第一章数字信号处理概述 简答题： 1．在A/D变换之前和D/A变换之后都要让信号通过一个低通滤波器，它们分别起什么作用？ 答：在A/D变化之前为了限制信号的最高频率，使其满足当采样频率一定时，采样频率应大于等于信号最高频率2倍的条件。此滤波器亦称为“抗混叠”滤波器。 在D/A变换之后为了滤除高频延拓谱，以便把抽样保持的阶梯形输出波平滑化，故又称之为“平滑”滤波器。 判断说明题： 2．模拟信号也可以与数字信号一样在计算机上进行数字信号处理，自己要增加一道采样的工序就可以了。 （） 答：错。需要增加采样和量化两道工序。 3．一个模拟信号处理系统总可以转换成功能相同的数字系统，然后基于数字信号处理理论，对信号进行等效的数字处理。（） 答：受采样频率、有限字长效应的约束，与模拟信号处理系统完全等效的数字系统未必一定能找到。因此数字信号处理系统的分析方法是先对抽样信号及系统进行分析，再考虑幅度量化及实现过程中有限字长所造成的影响。故离散时间信号和系统理论是数字信号处
理的理论基础。 第二章 离散时间信号与系统分析基础 一、连续时间信号取样与取样定理 计算题： 1．过滤限带的模拟数据时，常采用数字滤波器，如图所示，图中T 表示采样周期（假设T 足够小，足以防止混叠效应），把从)()(t y t x 到的整个系统等效为一个模拟滤波器。 （a ） 如果kHz T rad n h 101,8)(=π截止于，求整个系统的截止频 率。 （b ） 对于kHz T 201=，重复（a ）的计算。 采样（T） () n h () n x () t x () n y D/A 理想低通T c πω=() t y 解 （a ）因为当0)(8=≥ω πωj e H rad 时，在数 — 模变换中 )(1)(1)(T j X T j X T e Y a a j ωω=Ω= 所以)(n h 得截止频率8πω=c 对应于模拟信号的角频率c Ω为 8 π = ΩT c 因此 Hz T f c c 625161 2==Ω= π
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
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
第一章数字信号处理概述简答题： 1．在A/D变换之前和D/A变换之后都要让信号通过一个低通滤波器，它们分别起什么作用？ 答：在A/D变化之前让信号通过一个低通滤波器，是为了限制信号的最高频率，使其满足当采样频率一定时，采样频率应大于等于信号最高频率2倍的条件。此滤波器亦称位“抗折叠”滤波器。 在D/A变换之后都要让信号通过一个低通滤波器，是为了滤除高频延拓谱，以便把抽样保持的阶梯形输出波平滑化，故友称之为“平滑”滤波器。 判断说明题： 2．模拟信号也可以与数字信号一样在计算机上进行数字信号处理，自己要增加一道采样的工序就可以了。（）答：错。需要增加采样和量化两道工序。 3．一个模拟信号处理系统总可以转换成功能相同的数字系统，然后基于数字信号处理 理论，对信号进行等效的数字处理。（） 答：受采样频率、有限字长效应的约束，与模拟信号处理系统完全等效的数字系统未必一定能找到。因此数字信号处理系统的分析方法是先对抽样信号及系统进行分析，再考虑幅度量化及实现过程中有限字
长所造成的影响。故离散时间信号和系统理论是数字信号处理的理论基础。 第二章 离散时间信号与系统分析基础 一、连续时间信号取样与取样定理 计算题： 1．过滤限带的模拟数据时，常采用数字滤波器，如图所示，图中T 表示采样周期（假设T 足够小，足以防止混迭效应），把从)()(t y t x 到的整个系统等效为一个模拟滤波器。 （a ） 如果kHz rad n h 101,8)(=π截止于，求整个系统的截止频率。 （b ） 对于kHz T 201=，重复（a ）的计算。 解 （a ）因为当0)(8=≥ω πωj e H rad 时，在数 — 模变换中 )(1)(1)(T j X T j X T e Y a a j ωω=Ω= 所以)(n h 得截止频率8πω=c 对应于模拟信号的角频率c Ω为 8 π = ΩT c 因此 Hz T f c c 625161 2==Ω= π
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。
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
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：+ -<