第一章_DSP处理器概述

DSP概述及其应用DSP数字信号处理数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。

数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。

数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。

因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。

而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。

数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等。

数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。

DSP微处理器DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。

其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。

再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。

它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。

它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

DSP微处理器（芯片）一般具有如下主要特点：（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；（7）可以并行执行多个操作；（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

当然，与通用微处理器相比，DSP微处理器（芯片）的其他通用功能相对较弱些。

DSP优点：对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小；容易实现集成；VLSI可以分时复用，共享处理器；方便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号。

基于TMS320C5416 DSK的DSP实验课程书本书框架结构⏹第一章DSP概述⏹第二章TMS320C5416结构及其开发环境⏹第三章DSP软件开发详解⏹第四章DSP算法实现之一FFT⏹第五章DSP算法实现之二FIR⏹第六章外设和DSK⏹第七章DSP系统设计第一章DSP概述DSP的含义狭义理解可为Digital Signal Processor 数字信号处理器。

广义理解可为Digital Signal Processing 译为数字信号处理技术。

前者是指用于数字信号处理的可编程微处理器，后者则是指数字信号处理的理论和方法。

DSPDSP的结构特点⏹哈佛结构⏹多总线结构⏹指令系统的流水线（pipeline）操作⏹专用的硬件乘法器⏹特殊的DSP指令⏹快速的指令周期⏹硬件配置强DSP的结构特点⏹哈佛结构⏹多总线结构⏹指令系统的流水线（pipeline）操作⏹专用的硬件乘法器⏹特殊的DSP指令⏹快速的指令周期⏹硬件配置强DSP的结构特点⏹哈佛结构⏹多总线结构⏹指令系统的流水线操作⏹专用的硬件乘法器⏹特殊的DSP指令⏹快速的指令周期⏹硬件配置强指令系统的流水线（DSP的结构特点⏹哈佛结构⏹多总线结构⏹指令系统的流水线（pipeline）操作⏹专用的硬件乘法器⏹特殊的DSP指令⏹快速的指令周期⏹硬件配置强专用的硬件乘法器∑-()()A kB n kDSP的结构特点⏹哈佛结构⏹多总线结构⏹指令系统的流水线（pipeline）操作⏹专用的硬件乘法器⏹特殊的DSP指令⏹快速的指令周期⏹硬件配置强快速的指令周期随着集成电路工艺的发展，DSP广泛的采用微米CMOS制造工艺，其运算速度越来越快。

以TMS320C54x为例，其运算速度可达100MIPS以上。

DSP的结构特点⏹哈佛结构⏹多总线结构⏹指令系统的流水线（pipeline）操作⏹专用的硬件乘法器⏹特殊的DSP指令⏹快速的指令周期⏹硬件配置强硬件配置强新一代的DSP芯片的接口功能越来越强，片内具有串口、主机（HPI）、DMA控制器等等。

数字信号处理器概述数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）是一种专用的微处理器，主要用于数字信号处理和算法执行。

它采用专门的硬件和软件设计，能够高效地执行各种数字信号处理任务，如滤波、编解码、音频处理和图像处理等。

数字信号处理器在很多领域被广泛应用，包括通信、音频、视频、雷达、电力、医疗等。

架构和特点数字信号处理器具有独特的架构和特点，以满足对高性能、低功耗、高可编程性和低成本的需求。

1. 单指令多数据（SIMD）架构：数字信号处理器采用SIMD架构，具有多个数据通路和一个控制单元。

这样可以并行处理多个数据，提高处理速度和效率。

2. 数据内存和指令内存分离：数字信号处理器有独立的数据内存和指令内存，这使得其能够在执行指令的同时读写数据。

这样可以减少数据传输的延迟，提高处理速度。

3. 浮点数运算支持：数字信号处理器支持浮点数运算，可以进行高精度的计算。

这对于信号处理和算法执行非常重要。

4. 高速时钟和并行运算单元：数字信号处理器的时钟频率通常很高，可以达到几百兆赫兹甚至更高。

同时，它通常具有多个并行运算单元，可以同时执行多条指令，提高处理能力。

5. 低功耗设计：数字信号处理器通常被应用于移动设备和嵌入式系统，因此功耗是一个非常重要的考虑因素。

数字信号处理器采用了低功耗的设计，通过减少供电电压和优化电路结构来降低功耗。

应用领域数字信号处理器在许多领域都有广泛的应用。

1. 通信：数字信号处理器在通信系统中起着重要的作用。

它可以处理和调制数字信号，实现信号的传输和接收。

同样，数字信号处理器也可以进行解调和解码，还可以执行音频和视频编码。

2. 音频：数字信号处理器广泛应用于音频处理领域。

它可以实现音频信号的滤波、降噪、混响等处理，提高音质和音乐效果。

3. 视频：数字信号处理器可以用于视频编码和解码，实现视频的压缩和解压缩。

此外，它也可以进行图像处理，如图像滤波、边缘检测等。

第1章认识DSP数字信号处理技术(Digital Signal Processing简称DSP)在日常生活中正发挥着越来越重要的作用，现代数学领域、网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等领域无一例外的都需要数字信号处理作为基础工具。

其技术已经广泛应用于多媒体信号处理、通信、工业控制、雷达、天气预报等领域，也正是有了数字信号处理器技术才使得诸多领域取得了革命性的变化，数字信号处理技术本身拥有两成含义:一方面指的完成数字信号处理工作的处理器器件，另一方面指专门针对数字信号处理而设计实现的特殊算法和结构。

数字信号处理器技术的学习在嵌入式领域也占了相当大的比重，但由于其放大而复杂的硬件结构和灵活多变的软件设计方法，数字信号处理的学习往往对于初学者来说是无从下手的，到底应该怎样去学习DSP呢？这本书正是为了解决这个问题而诞生的，作为开头序章，在本章当中先来了解一下DSP的一些基础知识，了解DSP的基本概念，现在就让为我们来认识一下到底什么是DSP！1.1 DSP基础知识数字信号处理器(DSP)由最初的作为玩具上面的一个控制芯片，经过二三十年的发展，已经成为了数字化信息时代的核心引擎，广发用于家电、航空航天、控制、生物工程以及军事等许许多多需要实时实现的领域当中。

在全球的半导体市场中，未来三年DSP将保持着最高的增长率。

据美国权威机构SIA 2006年6月的预测，从2006年~2008年，半导体平均年增长率为10%，而DSP的平均年增长率则近20%。

2007年DSP市场规模将首次超过100亿美元，创新的应用前景非常广阔。

事实上我们生活在一个模拟的世界，这个世界充满了颜色、影像、声音等和各种可以由线路或通过空气传输的信号。

数字技术提供这些真实世界现象与数字信号处理的接口。

数字服务者所提供的每一件事情都是以模拟数字转换A/D开始而以数字模拟转换D/A为结束，而其中所进行的就是各种各样复杂的数字运算处理。

dsp芯片的原理与应用概念及重点第一章：1.dsp定义：是指利用计算机，微处理器或专用处理设备，以数字形式对信号进行的采集，交换，滤波，估值，增强，压缩，识别等处理。

2.dsp同时实现的方法：1，在通用型的计算机上以软件同时实现；2，在通用型的计算机系统上加之专用的快速处理机同时实现；3，用通用型的单片机同时实现；4，用通用型的可编程dsp芯片同时实现；5，用专用的dsp芯片同时实现。

3.dsp芯片的优点：1，在一个指令周期内一般至少可以完成一次乘法和一次加法；2，程序空间和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；3，片内具有快速ram，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；4，具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；5，快速的中断处理和硬件i/o支持；6，具有在单调周期内操作的多个硬件地址生产器；7，可以并行执行多个操作；8，支持流水线操作，使取值，译码和执行等操作可以并行执行。

4.dsp芯片的特点：1，哈佛结构；2，流水线操作方式；3，专用的硬件乘法器；4，高效率的dsp指令；5，快速的指令周期。

5.dsp芯片运算速度衡量标准：1，指令周期；2，mac时间；3，fft执行时间；4，mips；5，mops；6，mflops；7，bops第二章dsp芯片的基本结构大致可以分后cpu、总线、存储器以及内置外设与专用硬件电路等部分。

tms320系列dsp芯片的cpu主要组成：指令解码部分、运算与逻辑部分、寻址部分；运算与逻辑部分通常包含：算术逻辑单元、累加器acc、桶形移位寄存器、乘坐递增单元（mac）哈佛结构：主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。

与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据得吞吐率提高了一倍。

（加图）哈佛结构的改良：1.容许数据存放在程序存储器中，并被算数运算指令轻易采用进一步增强了芯片的灵活性；2.指令存储在高速缓冲器中，当继续执行此指令时，不须要再从存储器中读取指令，节约了一个指令周期的时间。

第一章、开发系统使用说明本章主要对开发系统选用的DSP芯片及开发系统的硬件使用方法进行介绍，使用户对本产品有一个具体深入的了解。

1.1 DSP芯片简介本产品选用的是TI公司的TMS320C54X系列的DSP芯片，TMS320C5X是TI公司的第五代产品，是继TMS320C1X和TMS320C2X之后的第三代16位定点DSP处理器。

TMS320C5X的性能达到20～50MIPS，在典型应用中能耗降至2.35mA/MIPS。

它的核心中央处理器（CPU）以TMS320C25的核心CPU为基础，增强型结构大幅度地提高了整体性能。

TMS320C5X工作速度是TMS320C25的2倍以上，对于TMS320C1X和TMS320C2X具有源代码向下兼容特性。

这种兼容性保留了过去开发的软件，便于系统升级到更高性能的DSP系统。

TMS320C5X系列有TMS320C50/C51/C52/C53/C54等多种产品，它们的主要区别是片内RAM，ROM等资源的多少。

而其中TMS320C54X具有以下优点：●改进的哈佛结构。

围绕一组程序总线，三组数据总线和四组地址总线建立的哈佛结构，使得性能和多功能性都得以提高。

●具有高度并行性和专用硬件逻辑的CPU设计，使芯片性能大大提高。

●高度专业化指令集，更适用于快捷算法的实现和高级语言编程的优化。

●模块化结构的设计，使派生器件得到了更快的发展。

●最新的IC制造工艺，提高了芯片性能，降低了功耗。

●最新的静态设计技术使得芯片具有更低的功耗和更强的辐射能力。

这些使得C54X 特别适用于远程通信实时嵌入式应用的需要。

1.2 TMS320C54X的主要特性●多总线结构，三组16bit数据总线和一组程序总线。

●40bit算术逻辑单元（ALU），包括一个40bit桶形移位器和两个独立的40bit累加器。

●17×17bit并行乘法器，连接一个40bit的专用加法器，可用来进行非流水单周期乘/加（MAC）运算。