DSP习题答案

习题答案

第1

1．简述典型实时数字信号处理系统组成部分。

答：包括：抗混叠滤波器（ Anti-aliasing filter ）、模数转换器 ADC （ Analog-to-Digital

Converter ）、数字信号处理、数模转换器 DAC （ Digital-to-Analog Converter ）和抗镜像滤波器（ Anti-image filter ）。

2．简述X86 处理器完成实时数字信号处理的优缺点。

答：利用 X86 处理器完成实时数字信号处理。特点是处理器选择范围宽，主板及外设资源丰富，有多种操作

系统可供选择，开发、调试较为方便；缺点是数字信号处理能力不强，硬件组成较为复杂，系统体积、重量较大，功耗较高，抗环境影响能力较弱。

3．简述数字信号处理器的主要特点。

答：（ 1）存储器采用哈佛或者改进的哈佛结构；（2）内部采用了多级流水；（3）具有硬件乘法累加单元；（4）可以实现零开销循环；（ 5）采用了特殊的寻址方式；（6）高效的特殊指令；（ 7）具有丰富的片内外设。

4．给出存储器的两种主要结构，并分析其区别。

答：存储器结构分为两大类：冯•诺依曼结构和哈佛结构。冯•诺依曼结构的特点是只有一个存储器空间、一套

地址总线和一套数据总线；指令、数据都存放在这个存储器空间中，统一分配地址，所以处理器必须分时访问程序和数据空间。哈佛结构程序存储器空间和数据存储器空间分开，具有多套地址、数据总线，哈佛结构是并行体系结构，程序和数据存于不同的存储器空间，每个存储器空间独立编址、独立访问。

5．简述选择数字信号处理器所需要考虑的因素。

答：应考虑运算速度、算法格式和数据宽度、存储器类型、功耗和开发工具。

6．给出数字信号处理器的运算速度指标，并给出其具体含义。

答：常见的运算速度指标有如下几种：

（1）指令周期：执行一条指令所需的最短时间，数值等于主频的倒数；指令周期通常以ns （纳秒）为

单位。例如，运行在 200MHz 的 TMS320VC5510 的指令周期为 5ns。

（ 2） MIPS ：每秒百万条指令数。

（3）MOPS :每秒百万次操作数。

（4）MFLOPS :每秒百万次浮点操作数。

（5）BOPS：每秒十亿次操作数。

（6）MAC时间：一次乘法累加操作花费的时间。大部分 DSP芯片可在一个指令周期内完成 MAC操作；

（7）FFT 执行时间：完成 N 点 FFT 所需的时间。 FFT 运算是数字信号处理中的典型算法而且应用很广，因此该指标常用于衡量 DSP芯片的运算能力。

第2

1．TMS320C55x DSP 有哪些特征和优点？

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答：（参见表2-2 ）。一个32位X16位指令缓冲队列：缓冲变长指令并完成有效的块重复操作；两个17位X17位的乘法累加器：在一个单周期执行双乘法累加操作；一个 40位算术逻辑单元（ ALU ）：实现高精

度算术和逻辑操作；一个 40位桶形移位寄存器：能够将一个 40位的计算结果最高向左移 31 位或向右移32位；一个 16 位算术逻辑单元（ ALU ）：对主 ALU 并行完成简单的算术操作； 4个 40 位的累加器：保留计算结果，减少对存储单元的访问；

12 条独立总线，其中包括 3 条读数据总线、 2 条写数据总线、 5 条数据地址总线、 1 条读程序总线、

1 条程序地址总线：为各种计算单元并行地提供将要处理的指令和操作数——利用C55x 的并

行机制的优点；用户可配置 IDLE 域：改进了低功耗电源管理的灵活性。

2．TMS320C55x DSP 的内部结构由哪几部分组成？

答：（参见图 2-1） C55x 有一条 32 位的程序数据总线（ PB），5 条 16 位数据总线（ BB、CB、DB、 EB、FB）和1条24位的程序地址总线，以及 5条23位的数据地址总线，这些总线分别与CPU相连。总

线通过存储器接口单元（M）与外部程序总线和数据总线相连，实现CPU对外部存储器的访问；指令缓冲

单元（I）、程序流程单元（P）、地址流程单元（A）和数据计算单元（D）;以及存储器接口单元（M ）。

3.简述指令缓冲单元（I）、程序流程单元（P）、地址流程单元（A）和数据计算单元

（D）的组成和功能？

答：C55x的指令缓冲单元由指令缓冲队列IBQ （Instruction Buffer Queue）和指令译码器组成。在每

个 CPU 周期内， I 单元将从读程序数据总线接收的 4B 程序代码放入指令缓冲队列，指令译码器从队列中取6B程序代码，根据指令的长度可对8位、16位、24位、32位和48位的变长指令进行译码，然后把译

码数据送入 P 单元、 A 单元和 D 单元去执行。

程序流程单元由程序地址产生电路和寄存器组构成。程序流程单元产生所有程序空间的地址，并控制指令的读取顺序。

地址流程单元包括数据地址产生电路、算术逻辑电路和寄存器组构成。数据地址产生电路（ DAGEN ）能够接收来自 I 单元的立即数和来自 A 单元的寄存器产生读取数据空间的地址。对于使用间接寻址模式的指令，由 P 单元向 DAGEN 说明采用的寻址模式。

数据计算单元由移位器、算术逻辑电路、乘法累加器和寄存器组构成。 D 单元包含了 CPU 的主要

运算部件。 D 单元移位器能够接收来自 I 单元的立即数，能够与存储器、 I/O 空间、 A 单元寄存器、 D 单元寄存器和 P 单元寄存器进行双向通信，此外，还可以向 D 单元的 ALU 和 A 单元的 ALU 提供移位后的数据。

4.TMS320C55x DSP 的流水线操作包括多少个阶段？每一阶段完成什么操作？

答：两个。第一阶段是取流水线，即从内存中取出32位的指令包，放入指令缓冲队（IBQ ）中，然后

为流水线的第二阶段提供 48 位的指令包。第二阶段是指执行流水线，这部分的功能是对指令进行解码，完成数据的存取和计算。

5.TMS320C55x DSP 有哪些片上外设？

答：两个20位的定时器。一个看门狗定时器。6通道直接存储器存取控制器（DMA ）外部存储器接

口（ EMIF ）三个串口支持最多三个多通道缓冲串口（McBSP）或最多两个多媒体/安全数字卡接口。增强

型主机接口（ EHPI ）是一个16位的并行接口。可编程锁相环（DPLL ）时钟发生器。USB全速（ 12Mbps ）从端口。 I2C 主从接口。一个实时时钟。

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