彭启琮DSP课件1

为什么要学DSP？市场火爆：截止2005年，全球通用DSP芯片的销售额为76亿美元；嵌入式（以DSP为核为基础的ASSP或SoC）的DSP器件的销售额为143亿美元.DSP工程师奇缺数字信号处理+DSP硬件+C语言+电子制作=DSP工程师应用广泛进一步学习的基础2020/3/20第一章绪论1.1DSP技术的概念及其发展1.2数字信号处理的优势1.3DSP处理器的主要特点1.4评价DSP处理器1.5选择DSP处理器典型的数字信号处理系统1.1DSP技术的概念及其发展数字信号处理的实现（1）在通用的微机上用软件实现。（2）利用特殊用途的DSP芯片来实现。（3）利用专门用于信号处理的通用DSP芯片来实现。（4）用FPGA/CPLD用户可编程器件来实现。2020/3/20数字信号处理（DSP）DigitalSignalProcessing数字信号处理DigitalSignalProcessor数字信号处理器2020/3/20DigitalSignalProcessing：把信号用数字或符号表示成序列，通过计算机或通用（专用）信号处理设备，用数值计算方法进行处理，提取有用信息，或将信号按照需要进行改善，以便于应用。例如：滤波、检测、变换、增强、估计、识别、调制/解调、编码/解码、参数提取、频谱分析等。DigitalSignalProcessor：数字信号处理器，是为了更有效地实现数字信号处理的算法，而专门设计和制作的一大类微处理器。2020/3/20信息化的基础是数字化数字化的核心技术之一是数字信号处理数字信号处理的任务，特别是实时处理的任务，在很大程度上需要由DSP器件或以DSP为核心的ASIC/AP（ApplicationProcessor）来完成DSP技术已成为人们日益关注的并得到迅速发展的前沿技术2020/3/20DSP的应用正在日益发展2020/3/20Mobilephone(infrastructureandhandset)Fashionhandsets2020/3/20SmartphoneandMID（MobileInternetDevice）2020/3/202020/3/20MID2020/3/20GPS(GlobalPositionSystem)2020/3/20AirEarlyWarning，AEW2020/3/20Radar/Sonar2020/3/20Cruisemissile2020/3/20SmartBomb2020/3/20Pilotlessaircraft消费类电子DC/DVHDTVHomeTheaterMP32020/3/20汽车电子中的MCU/DSP2020/3/20汽车电子2020/3/20汽车电子中国每年的汽车产量和销量已超过1000万辆，成为世界汽车大国，发展速度居世界第一。来自ICInsight的数据显示，全球平均每辆汽车中的电子器件价值从1990年的672美元提升至2004年的2132美元。预计2010年每辆汽车中的电子器件占总价值将由2001年的23%增加到35%，而用于混合动力汽车的电子器件在总价值中所占比例将达50%生物医学工程UltrasoundCT(ComputedTomography)MRI(MagneticResonanceImaging)GammaknifeHearingAidDSP技术的发展领域：1、数字信号处理的理论和方法得到迅速发展2、DSP处理器的性能迅速提高1.2数字信号处理的优势与模拟系统（ASP）相比，数字系统具有如下特点：（1）精度高（2）可靠性高（3）灵活性大（4）易于大规模集成（5）可获得高性能指标1.3DSP处理器的主要结构特点改进型的哈佛结构（1）冯诺依曼结构：数据空间和地址空间不分开。（2）哈佛结构：数据空间和地址空间分开。一般DSP都采用改进型的哈佛结构，就是分开的数据空间和地址空间都不只是一条而是多条，这根据不同生产厂商的芯片有所不同。流水技术NN+1N+2N+3N-1NN+1N+2N-2N-3N-1N-2NN+1N-1N时钟取指译码取操作数执行图1-2四级流水线操作硬件乘法器和乘加指令MAC电源管理8个辅助寄存器，2个寻址单元寻址单元40位累加器B40位累加器A累加器40位桶形移位(－16，31)移位寄存器指数编码器比较，选择和存储维特比加速器40位算术逻辑单元ALU舍入和饱和逻辑40位专用加法器17×17乘法器MACDMACh0Ch1Ch2Ch3Ch4Ch5锁相环时钟发生器软件等待状态发生器多通道缓冲串口主机接口标准串口时分复用串口定时器缓冲串口JTAG仿真控制DARAMROM程序/地址总线外围总线AD2632TMS320C54x的功能框图独立的直接存储器访问（DMA）总线及其控制器数据地址发生器DAG丰富的外设时钟发生器、定时器、通用I/O、同步及异步串口TMS320是包括定点、浮点和多处理器在内的数字信号处理器(DSP)系列，其结构非常适合于做实时信号处理。TI----45%MOTOROLA---12%AD---12%LUCENT-------28%其余几百家3%FutureFutureFutureTMS320C8xTMS320C6xTMS320C4xTMS320C54xTMS320C3xTMS320C5xTMS320C2xxTMS320C2xTMS320C1x多处理器DSP浮点DSP定点DSPTMS320C54X低功耗、高性能16位定点DSP芯片主要应用：无线通信系统TMS320系列DSP发展示意图1.4评价DSP处理器传统的性能评价运算速度是DSP芯片的一个最重要的性能指标，也是选择DSP芯片时所需要考虑的一个主要因素。①指令周期：即执行一条指令所需的时间，通常以ns(纳秒)为单位，如TMS320VC5402-100在主频为100MHz时的指令周期为10ns；②MAC时间：即一次乘法加上一次加法的时间。大部分DSP芯片可在一个指令周期内完成一次乘法和加法操作，如TMS320VC5402-100的MAC时间就是10ns；③FFT执行时间：即运行一个N点FFT程序所需的时间；④MIPS（MOPS）即每秒执行百万条指令（操作），如TMS320VC5402-100的处理能力为100MIPS，即每秒可执行一亿条指令。MIPS、MOPS等传统的评价指标可能导致误导，并不能反映实际应用的执行时间、存储器使用、能耗等相关的因素应用型评价指标：对处理器的存储器使用和能耗进行评估。BDTI核心算法评价指标：使用核心算法和应用测试的方法。核心算法是构成大多数信号处理系统的基本模块，其中包括FFT、向量加、滤波器等。见P13它要计算执行时间、存储器的使用和能耗1.5选择DSP芯片1.MIPS：每秒百万条指令的简称，是衡量计算机性能的指标之一。（MOPS:每秒百万操作）2.价格3.功耗例：无线基站：1-2-3手机：3-2-1无绳电话：2-1-3嵌入式控制大容量键盘：2-1-32020/3/20谢谢