DSP概述
DSP技术概述
DSP技术概述1引言2 DSP微处理器3 DSP技术的应用4 DSP发展轨迹5 DSP未来发展1引言数字信号处理(Digital Signal Processing，简称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。
20世纪60年代以来，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得到迅速的发展。
数字信号处理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。
在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。
德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。
2 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：①对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小；②容易实现集成；③VLSI 可以时分复用，共享处理器；④方便调整处理器的系数实现自适应滤波；⑤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；⑥可用于频率非常低的信号。
DSP基本介绍及CCS软件分解
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（3）国内DSP的发展概况
☉1983年引进（TMS32010） ☉我国DSP产品主要来自海外。TI公司的产品约占国内 DSP市场的90%，其余为Lucent、AD、Motorola、ZSP和 NEC等公司。 ☉现状：DSP开发工具 / DSP硬件平台开发 / DSP应用软 件开发 ☉国内较知名的DSP公司：北京“闻亭”、“合众达”等。
➢ TMS320C5000系列包括C54x、C55x，是低功耗高性能的定点DSP，功
耗低至0.05mW/MIPS，性能高达 600MIPS。它针对强大且经济高效的 嵌入式信号处理解决方案进行了优化，其中包括消费类电子、通信、医 疗、安保和 工业应用中的便携式电子产品。
➢ TMS320C6000系列包括C62x、C64x和C67x ，是TI超高性能DSP，一般
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3.1 DSP芯片的种类
DSP芯片可以按照以下3种方式进行分类。 1．按数据格式分: 定点和浮点
根据DSP芯片工作的数据格式可分为定点DSP芯片与浮点DSP芯片。 即数据以定点格式工作的DSP芯片称之为定点DSP芯片;以浮点格式工作 的称为浮点DSP芯片。 注意：定点DSP也可以通过软件形式实现浮点运算。 2．按用途分：通用和专用
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2、数字信号处理概述
▪ 2.1 数字信号处理系统的构成 ▪ 2.2 数字信号处理的实现 ▪ 2.3 数字信号处理的特点
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2.1 数字信号处理系统的构成
DSP
图2-1 典型的数字信号处理系统框图
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DSP概述及存储器
60% Core Performance Boost Vs C’5409
High Performance
JTAG Test/ JTAG Test/ Emulation Emulation Control Control Muxed GP I/O Muxed GP I/O
Program/Data SRAM Program/Data SRAM 128K Words 128K Words
Copyright © 2003 Texas Instruments. All rights reserved.
TMS320C54x系列DSP TMS320C54x系列DSP
TMS320C54x系列DSP概述
C54x DSP具有很高操作灵活性和速度。它具有先进的修 正哈佛结构（一条程序总线、三条数据总线和四条地址总线）、 专门硬件逻辑的CPU、片内存储器、片内外设和专用的指令集、 将C54x DSP的CPU和片内存储器与外设配置组合在一起的螺 旋结构，使得它可以满足电子市场众多领域的应用要求： C54x DSP具有以下优点：
DSP的应用
DSP已经在信号处理、通信、雷达等领域得到广泛的应 用。目前，DSP的价格越来越低，性能价格比日益提高，具 有巨大的应用潜力。DSP的应用主要有： ☆ 用数字信号处理，如数字滤波、自适应滤波、相关 算、快速傅立叶变换等； ☆ 通信领域，如数据加密、数据压缩、传真、移动电 网络通信等； ☆ 语音处理，如语音编码、语音合成、语音识别、语 增强、语音存储等； ☆ 图形/图像，二维或三维图形处理、图像压缩与传输、 指纹识别、图像识别等；
DSP主要特点
根据数字信号处理的要求，DSP一般具有如下的主要特点： ☆ 在一个指令周期内，可完成一次乘法和一次加法； ☆ 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据； ☆ 片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线， 在两块芯片中同时访问； ☆ 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持； ☆ 快速的中断处理和硬件I/O接口支持； ☆ 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； ☆ 可以并行执行多个操作； ☆ 支持流水线操作，使取指、译码、取操作数和执行等 操作可以重叠执行。
DSP应用技术-DSP及其应用概述
① C55xTM DSP内核可以为高达600 MIPS的性能提供300 MHz；
② 目前TMS320C5510 DSP已经开始投产，TMS320C5509 DSP 可提供样片；
③ 在整个C5000TM DSP平台上可实现软件兼容。
(2) 应用：功能丰富的便携产品，2G、2.5G、3G手机与基站， 数字音频播放器，数码相机，电子图书，语音识别，GPS接收器， 指纹/模式识别，无线调制解调器，耳机，生物辨识。
③ 高达7 MB的片上内存；
④ 两个多通道缓冲串行端口(McBSP)(三个用于C6202与 C6203 DSP的McBSP)；
⑤ 16位主机端口接口(HPI)(32位用于C6202、C6203与C6204 DSP的扩展总线)；
⑥ 两个32位定时器；
⑦ 300 MHz时速率高达2400 MIPS(C6203 DSP)。
(6) 具有软、硬件等待功能，能与各种存取速度的存储器接 口。
(7) 针对滤波、相关和矩阵运算等需要大量乘法累加运算的 特点，DSP芯片大多配有独立的乘法器和加法器，使得在同一 时钟周期内可以完成乘、累加两个运算。
(8) 低功耗，DSP一般为0.5～4 W，而采用低功耗技术的 DSP芯片只有0.1 W，可用电池供电。
(2) 特性：OMAP5910双内核处理器同时包括。 ① 150 MHz的TI增强ARM925微处理器： * 16 KB指令高速缓冲存储器以及8 KB数据缓冲器； * 数据与指令MMU； * 32位与16位指令集。
② 150 MHz TMS320C55xTM DSP内核： * 24 KB指令高速缓冲存储器； * 160 KB SRAM； * 用于视频算法的硬件加速器。
(3) 特性：高级自动电源管理；可配置的空闲域，以延长电 池寿命；缩短调制过程，从而加快产品上市进程。
DSP工作原理
DSP工作原理DSP（数字信号处理）工作原理是一种通过对数字信号进行算法处理来实现信号处理的技术。
它主要应用于实时信号处理、通信系统、音频处理、图象处理等领域。
下面将详细介绍DSP工作原理的相关内容。
1. 数字信号处理概述数字信号处理是一种将连续时间信号转换为离散时间信号，并对其进行数字运算和处理的技术。
它通过采样、量化和编码等步骤将连续时间信号转换为离散时间信号，然后利用数字算法对离散时间信号进行处理。
2. DSP芯片的组成和功能DSP芯片是实现数字信号处理的核心组件。
它通常由一块数字信号处理器、存储器、外设接口等组成。
数字信号处理器是DSP芯片的核心，它具有高性能的算术运算单元和控制单元，能够高效地执行各种数字信号处理算法。
3. DSP工作流程DSP的工作流程主要包括信号采集、数字信号处理和信号重构三个步骤。
3.1 信号采集信号采集是将摹拟信号转换为数字信号的过程。
通常使用模数转换器（ADC）将摹拟信号进行采样和量化，然后将其转换为数字信号。
采样率决定了信号的频率范围，量化位数决定了信号的精度。
3.2 数字信号处理数字信号处理是对采集到的数字信号进行算法处理的过程。
它主要包括滤波、变换、编码、解码、压缩等处理步骤。
滤波可以去除信号中的噪声和干扰，变换可以将信号从时域转换到频域或者从频域转换到时域，编码可以将信号进行压缩和编码，解码可以将压缩和编码后的信号进行解码和恢复，压缩可以减少信号的数据量。
3.3 信号重构信号重构是将数字信号转换为摹拟信号的过程。
通常使用数模转换器（DAC）将数字信号进行重构和滤波，然后将其转换为摹拟信号。
重构过程中需要注意采样定理，以保证信号的完整性和准确性。
4. DSP应用领域DSP技术在各个领域都有广泛的应用。
4.1 实时信号处理DSP可以对实时信号进行快速处理，常见的应用包括音频处理、视频处理、雷达信号处理等。
4.2 通信系统DSP在通信系统中可以实现调制解调、信号编解码、信道均衡、自适应滤波等功能，提高通信质量和系统性能。
数字信号处理器
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。
第一章 DSP概述-TMS320F28335 DSP原理、开发及应用-符晓
DSP与MCU硬件结构比较
改进的哈佛结构、多总线：片内多条数据、地址和控制总线 流水线技术：多个控制和运算部件并行工作
硬件乘法器 特殊指令：
➢ MAC（连乘加指令，单周期同时完成乘法和加法运算） ➢ RPTS和RPTB（硬件判断循环边界条件，避免破坏流水线） 特殊寻址方式： ➢ 位倒序寻址（实现FFT快速倒序） ➢ 循环寻址 特殊片内外设： ➢ 可编程等待电路（便于与慢速设备接口） ➢ 数字锁相电路 PLL（有利系统稳定） 丰富片内外设：定时器、异步串口、同步串口、DMA控制器、A/D和通用I/O口、 PWM、CAN等 丰富片内存储器类型：RAM、DARAM、ROM、Flash、SARAM等，新的DSP芯片采用 Cache(高速缓存)机制，解决存储器速度与DSP内核速度不匹配的问题
盘控制等； (8) 医疗——如助听、超声设备、诊断工具、病人监护等； (9) 家用电器——如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与游
戏、数字电话/视等。
DSP的应用正在日益发展
巡航导弹
可以举出很多例子
❖ 医院用的B超、CT、核磁共振
❖卫星遥感遥测 ❖天气预报、地震预报、地震探矿 ❖风洞试验 ❖数字化士兵、数字化战争 ❖…... ❖DSP的应用领域取决于设计者的想象空间
On-Chip Peripherals/
Registers
CPU
External Signals
DSP与MCU硬件结构比较
改进的哈佛结构、多总线：片内多条数据、地址和控制总线 流水线技术：多个控制和运算部件并行工作
流水线操作：F2833x系列DSP的8级流水线
AA FF11 FF22 DD11 DD22 RR11 RR22 EE WW
(4) 图形/图像——如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图 像增强、动画、机器人视觉等；
基于DSP的音频信号处理算法研究与实现
基于DSP的音频信号处理算法研究与实现音频信号处理是一项关键技术，它在实际生活和各个领域中得到广泛应用。
基于数字信号处理器（DSP）的音频信号处理算法研究与实现，成为了当前研究和开发的热点方向。
本文将探讨利用DSP实现音频信号处理算法的研究方法和具体实现步骤。
1. DSP的概述DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）技术是指利用数字化方法对模拟信号进行处理、计算和编码的技术。
它通过数字滤波、数字变换等算法对数字信号进行处理，具有高效性、灵活性和精确性等优势。
DSP技术在音频处理领域有着重要的应用。
2. 音频信号处理算法研究方法2.1 问题分析：首先需要明确要处理的音频信号处理问题，例如降噪、滤波、均衡等。
针对不同的处理问题，选择合适的算法进行研究。
2.2 算法选择：根据具体问题的特点，选择适合的音频信号处理算法，例如自适应滤波算法、小波变换算法等。
2.3 算法实现：将选择的算法进行进一步实现，需要借助DSP的开发环境和相应的软件工具进行编程和调试。
算法的实现过程中需要注意算法的时效性和实时性。
3. DSP音频信号处理算法实现步骤3.1 信号采集：通过外设音频采集模块，将模拟音频信号转换为数字信号，输入DSP进行处理。
3.2 数据预处理：对采集到的音频信号进行预处理，包括滤波、去噪等操作。
这一步旨在减小输入信号的噪声干扰，提高音频信号处理的质量。
3.3 算法实现：选择适当的音频信号处理算法进行实现，例如自适应滤波、小波变换等。
根据算法的特点和要求，进行程序编写和调试。
3.4 数据后处理：将处理后的数字音频信号转换为模拟信号，经过后续的数模转换模块，输出音频信号。
4. 实例分析：音频降噪算法在DSP上的实现以音频降噪算法为例，介绍基于DSP的音频信号处理算法的具体实现步骤。
4.1 问题分析：降噪算法是音频信号处理中常见的问题，通过去除背景噪声提升原始信号的质量。
4.2 算法选择：选择适合的降噪算法，例如基于自适应滤波的降噪算法，通过实时估计噪声模型并进行滤波处理。
DSP系统概述
DSPs的四大厂商
• Texas Instruments （德州仪器）公司 • Agere,即Lucent Technologies（朗讯技
术）公司 • Analog Devies（模拟设备）公司 • Motorola（摩托罗拉）公司 • 大约还有80家DSPs产商
世界DSPs的格局
（Agere）
8
Left in Right in
Decoder SAA7115
CVBS S-Video
AUDIO CODEC (AIC23)
Left out Right out
I2C
2021/4/21
北京广播学院
35
内核单元：处理器
• 高速定点 DSP TMS320DM642 数字媒体处理器
• 视频算法的实现 • 高速的数据处理能力
如何满足系统实时性要求
• DSPs的特点－面向实时系统应用 • 1. 提高处理器的处理速度
单CPU的处理能力：主频，多处理单元 多核CPU处理：计算机体系结构 多CPU并行处理：计算机网络 • 2. 提高外部数据输入输出速度： ADC, DAC, CPU间高速IO技术 • 3. 合理的实时任务调度： 实时操作系统(RTOS): 处理时间可预测，各任务尽量 满足时限
• 哈佛结构：数据存储器和程序存储器独立 编址，独立访问，取址和执行能完全重叠， 提高速度运行和灵活
• 冯.诺依曼结构：指令和数据在同一存储区， 数据吞吐率低
采用哈佛结构的DSP处理器
硬件乘法器和乘法累加指令MAC
• 针对乘加运算，多数DSPs 的乘法器和ALU都支持在一 个周期内同时完成一次乘 法和一次加法操作。
基于TS101的4DSP cPCI通用处理板
DSP芯片概述
DSP芯片概述DSP芯片（Digital Signal Processor）是一种专门用于数字信号处理的集成电路芯片。
它以高效的处理能力和灵活的设计结构成为现代通信、音频、视频以及其他数字信号处理领域的关键技术。
一、DSP芯片的基本原理DSP芯片的基本原理是通过数字信号处理算法对输入的离散时间信号进行处理和分析。
它主要由控制单元、运算单元和存储单元组成。
控制单元负责指令控制和程序执行，运算单元负责高速数字信号处理运算，而存储单元则用于存储数据和中间结果。
二、DSP芯片的应用领域1. 通信领域在通信领域，DSP芯片广泛应用于无线通信系统中的信号调制、解调、信号编解码、信道估计、自适应均衡等功能。
它具有高效的计算速度和低功耗的特点，可以实现实时的通信处理要求。
2. 音频领域DSP芯片在音频领域中扮演着重要的角色。
它具备处理音频信号的能力，可以实现音频的滤波、均衡、混响、压缩等功能。
无论是消费类电子产品还是专业音频设备，DSP芯片都是实现音频处理的核心部件。
3. 视频领域在视频领域，DSP芯片被广泛应用于视频编解码领域，如数字电视、高清视频播放器等。
通过使用高效的视频编解码算法，DSP芯片可以实现高清视频的解码和显示，提供出色的视觉效果。
4. 图像处理领域随着人工智能和计算机视觉技术的发展，DSP芯片在图像处理领域扮演着越来越重要的角色。
它可以实现图像的增强、分割、去噪等功能，广泛应用于图像处理软件、工业视觉、医学影像等领域。
5. 汽车电子领域在汽车电子领域，DSP芯片被广泛用于车载音响、车载视频、车载导航等系统。
它可以实现音频信号的处理、视频信号的编解码以及导航数据的计算等功能，提供车内娱乐和驾驶辅助的支持。
6. 工业控制领域在工业控制领域，DSP芯片常被用于实时控制系统。
它可以实现对工业生产过程中的信号采集、处理和控制，广泛应用于机器人控制、自动化生产线、电力系统等领域，提高工业系统的稳定性和可靠性。
dsp概述
DSP概述[转]默认分类2006-11-12 12:12:12 阅读44 评论1 字号：大中小订阅引言：DSP（digital singnal processor）是一种微处理器，它接收模拟信号，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。
DSP最突出的两大特色是强大数据处理能力和高运行速度，加上具有可编程性，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，有业内人士预言，DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素。
DSP的发展历程：在DSP出现之前，MPU（微处理器）承担着数字信号处理的任务，但它的处理速度较低，无法满足高速实时的要求。
70年代时， DSP的理论和算法基础被提出。
但当时DSP仅仅局限于在教科书，即使是研制出来的DSP系统也是由分立组件组成的，其应用领域仅限于军事、航空航大部门。
到了20世纪60年代，计算机和信息技术的飞速发展为DSP提供了长足进步的机会。
1982年美国德州仪器公司（TI公司）生产出了第一代数字信号处理器（DSP）TMS320C10，这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却是MPU的几十倍，这种数字信号处理器一面世就在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。
接下来，随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。
80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度得到进一步提高，这使其应用范围逐步扩大到了通信和计算机领域。
90年代是DSP发展的重要时期，在这段时间第四代和第五代DSP器件相继出现。
目前的DSP属于第五代产品，与第四代相比，第五代DSP系统集成度更高，它已经成功地将DSP芯核及外围组件综合集成在单一芯片上。
这种高集成度的DSP芯片在通信、计算机领域大行其道，近年来已经逐渐渗透到人们日常消费领域，前景十分看好。
DSP概述
号的处理。
5. 具有特殊的DSP指令
为了满足数字信号处理的需要，在DSP的指令系统 中，设计了一些完成特殊功能的指令。 如：TMS320C54x中的FIRS和LMS指令，专门用于 完成系数对称的FIR滤波器和LMS算法。
6.快速的指令周期
由于采用哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘 法器、特殊的指令以及集成电路的优化设计，使指令 周期可在6.6ns以下。如：TMS320F2812的运算速度 为150MIPS，即150百万条指令/秒。
7.硬件配置强
丰富的片上存储器类型：片内集成RAM、ROM、Flash 及双口RAM等存储空间； 丰富的片上外部设备：定时器、比较器、捕捉器、PWM 、异步串口、同步串口、DMA控制器、A/D和通用I/O口、 看门狗等； JTAG（Joint Test Action Group）标准测试接口（IEEE 1149标准接口）：便于对DSP作片上的在线仿真。
外部存储 器接口
冯· 诺伊曼结构
（b）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。微处理器的哈佛结构如下图所示。
数字信号处理的实现是用硬件、软件或软硬结合的 方法来实现各种算法。数字信号处理的实现一般有以下 几种方法：
专用DSP芯片
用基于通用DSP核的ASIC芯片实现。随着专用集成电 路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)的广泛使用， 可以将DSP的功能集成到ASIC中。一般说来，DSP核是通 用DSP器件中的CPU部分，再配上用户所需的存储器(包括 Cache、RAM、ROM、FLASH、EPROM)和外设(包括串口、 并口、主机接口、DMA、定时器等)，组成用户的ASIC。
DSP概述
1.3 DSP芯片的特点
7．支持多处理器结构 为了满足多处理器系统的设计，许多DSP芯片都采用支
持多处理器的结构。如：TMS320C40提供了6个用于处理器 间高速通信的32位专用通信接口，使处理器之间可直接对通 ，应用灵活、使用方便；
8．省电管理和低功耗 DSP功耗一般为0.5~4W，若采用低功耗技术可使功耗降
T4
时钟
取指令
N
N+1
N+2
N+3
指令译码
N-1
N
N+1
N+2
取操作数
N-2
N-1
N
N+1
执行指令
N-3
N-2
N-1
N
四级流水线操作
1.3 DSP芯片的特点
3. 配有专用的硬件乘法-累加器 为了适应数字信号处理的需要，当前的DSP芯ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ都配有
专用的硬件乘法-累加器，可在一个周期内完成一次乘法和 一次累加操作，从而可实现数据的乘法-累加操作。如矩阵 运算、FIR和IIR滤波、FFT变换等专用信号的处理。 4. 具有特殊的DSP指令
1.2 DSP芯片的发展
DSP芯片诞生于20世纪70年代末，至今已经得到 了突飞猛进的发展，并经历了以下三个阶段。
第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年前后） 第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后） 第三阶段，DSP的完善阶段（2000年以后）
1.2 DSP芯片的发展
第一阶段，DSP的雏形阶段（1980年前后） 1978年AMI公司生产出第一片DSP芯片S2811。 1979年美国Intel公司发布了商用可编程DSP器件Intel2920, 由于内部没有单周期的硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据 处理能力和运算精度受到了很大的限制。运算速度大约为单指 令周期200~250ns，应用领域仅局限于军事或航空航天部门。
1) DSP芯片概述
2
什么是DSP？ ？ 什么是
DSP (Digital Signal Processing)
也就是我们常说的数字信号处理（方法、算法）， 也就是我们常说的数字信号处理（方法、算法）， 它是利用计算机或专用处理设备， 它是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号 进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、 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。 处理，以得到符合人们需要的信号形式。
11
DSP芯片的应用领域 芯片的应用领域
2）通信
如调制解调器、自适应均衡、数据加密、 如调制解调器、自适应均衡、数据加密、 数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、 数据压缩、回波抵消、多路复用、传真、 扩频通信、纠错编码、可视电话等； 扩频通信、纠错编码、可视电话等； 3）语音处理 如语音编码、语音合成、语音识别、 如语音编码、语音合成、语音识别、语 音增强、说话人辨认、说话人确认、 音增强、说话人辨认、说话人确认、语 音邮件、语音存储等； 音邮件、语音存储等； 4）图形/图像 图形/ 如二维和三维图形处理、 如二维和三维图形处理、图像压缩与传 图像增强、动画/数字地图、 输、图像增强、动画/数字地图、模式识 机器人视觉等； 别、机器人视觉等；
数字信号处理算法(软件) 数字信号处理算法(软件)
3
DSP的含义 的含义
DSP (Digital Signal Processor) 就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 运算的微处理器， 微处理器 实现各种数字信号处理、运动控制算法。 实现各种数字信号处理、运动控制算法。
15
TMS320系列 DSP的选型
TMS320系列DSP主要分为两种类型 TMS320系列DSP主要分为两种类型： 系列DSP主要分为两种类型
DSP硬件系统概述
DSP芯片的特点
• 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法 • 程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数
据哈佛结构 • 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 • 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持
DSP芯片的特点
• 快速的中断处理和硬件I/O支持 • 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器 • 可以并行执行多个操作 • 支持流水线操作,使取指,译码和执行等操作
利用可编程逻辑阵列FPGA进行实时数字信号处 理
– 适合高速信号处理 – 具有专用数字信号处理结构 – 开发需要较深的硬件基础 – 调试困难
优点 缺点
实时数字信号处理技术的发展
利用数字信号处理器DSP实时实现数字信 号处理 本课程的对象
– 适合高速信号处理 – 具有专用数字信号处理结构 – 适应实时实时信号处理的场合 – 开发需要较深的硬件基础 – 调试困难 – 器件可选范围稍小
– 硬件组成较为复杂
缺点
– 系统体积、重量较大,功耗较高
– 抗环境影响能力较弱
实时数字信号处理技术的发展
利用通用微处理器ARM、单片机完成实时数字 信号处理
– 可选范围广 – 硬件组成简单系统 – 功耗低,适应环境能力强 – 信号处理的效率较低 – 内部DMA通道较少
优点 缺点
实时数字信号处理技术的发展
基 于 C的 DSP库
完 成 DSP实 说明书
根据任务书确定技术指标
DSP芯片及外围芯片
总体设计确定软硬件分工
软件设计说明书
硬件设计说明书
软件编程与调试
硬件.sch / .pcb
系统集成
硬件调试
系统测试、样机完成、中试、产品测试与生产
数字信号处理知识点汇总pdf
数字信号处理知识点汇总pdf1 概述数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一种用于处理、分析和转换数字信号的技术。
它利用各种算法和数字芯片，同时兼顾数字信号的时间和频率特性，将诸如声音、图像和视频等信号处理成有用的数字形式。
DSP技术被广泛应用在数字音频、自动控制、通信、信号分析、图像处理、视频处理等领域，对信号的采集、处理、变换、转换和分析，都能起到极大的作用。
2 基本概念数字信号处理一般包括一切关于用数字系统模拟或处理音频、图像或视频的研究方法。
DSP的基本概念包括：采样率、量化精度、编解码器、可编程处理器等；其中，采样率是指转换连续信号为数字信号所作记录时间间隔，量化精度是指记录信号时用来表述信号的位数；编解码器则是用来将信号进行编码和解码，使信号能由一种格式转换为另一种格式，而可编程处理器以及算法则是用来实现DSP处理的核心。
3 数字信号处理系统数字信号处理系统大致可以分为四大部分：数据采集、信号预处理、DSP处理和系统控制。
数据采集是指用于采集、存储、传输或必要话在实时和传统数字信号处理设备上经常使用的各种硬件设备。
信号预处理器主要用于对原始信号进行滤波、幅值检测、转换等预处理操作，以提高信号的品质。
DSP处理器一般是涵盖了原始信号的采样、量化、滤波处理等操作，用于获得有效的信号；而系统控制则是将处理后的信号传至后续处理系统，以及控制这些系统的运行状态。
4 应用数字信号处理技术在音频和视频领域的应用最为广泛，它可以实现信号的压缩、去噪、可视化和回放等功能。
在通信领域，它可以实现信号的激励、检测和序列处理。
在机器视觉方面，它可以实现图像处理，从而在机器中获取更多信息。
总之，数字信号处理技术为数字信号正确采集、表示、处理和转换提供了有效的技术手段，在日趋发达的信息社会中，已广泛应用于各行各业。
1DSP概述详解
三者各有所长，技术的发展使得DSP、通用计算机、单片 机相互借鉴对方的优点，互相取长补短。 现在，PC机及部分单片机内部都有硬件乘法器 单片机内部也有了通用计算机和DSP内部才有的流水线作 业（但规模小些） 而DSP内部也有了一定规模的高速缓存。
有的DSP内部集成了高速运行的的DSP内核及控制功能丰 富的嵌入式处理器内核。
0.2 DSP与通用计算机、单片机的区别
数字信号处理的运算特点：乘/加，及反复相乘求和（乘积累加）
早期的计算机或微处理器的内部乘法运算是靠加法器反复移 位相加实现的，需要数十个时钟周期。
而DSP设置了硬件乘法/累加器，能在单个指令周期内完成乘 /加运算。 为满足FFT、卷积等数字信号处理的特殊要求，目前DSP大 多在指令系统中设置了“循环寻址”及“位倒序”寻址指令 和其他特殊指令，使得寻址、排序的速度大大提高。
所以，DSP在内部功能单元并行、多DSP核并行、多总线、 功耗小方面尤为突出； 通用计算机（PC机）、单片机不适于用在高速数字信号处 理领域中。
通用计算机（PC机）：在大容量内存、大规模多级高速缓 存、极高的主频和复杂的管理调度算法方面表现优势明显。
例如，奔腾PC机，目前主频已达3.2GHz，主内存2GB以 上。 它将许多大中型计算机上出现的技术应用到了芯片内部。 采用: (1)超标量流水线结构 (2)层次化多级高速缓存 (3)实现动态执行技术和分支预测功能，大大提高指令运 行的并行度，使奔腾PC机的运行速度大大提高。
例如，内部集成有TI公司的C54xCPU内核和ARM公司的 ARM7TDMIE内核的DSP，既具有高速的数据处理能力， 又有各种类型的外设接口和位控能力，大大拓宽DSP在控 制领域的应用。
美国Cygnal公司的C8051F020 8位单片机，内部采用流 水线结构，大部分指令的完成时间为1或2个时钟周期， 峰值处理能力为25MIPS。片上集成有8通道A/D，两路 D/A，两路电压比较器，内置温度传感器、定时器、可 编程数字交叉开关和64个通用I/O口、电源监测、看门 狗、多种类型的串行总线（两个UART、SPI等）。
数字信号处理知识点总结
数字信号处理知识点总结
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《数字信号处理知识点总结》
一、概述
数字信号处理(Digital Signal Processing, DSP)是一门独特的计算机科学，它旨在把频率和时域特征集中处理一组数据，以提高信号处理和分析的效率。
它也是一个数学分析工具，用于从连续的频率，时域，或空间域中提取信号的特征。
它允许处理有限的数据点，来识别，拟合，和处理一系列信号。
二、核心概念
1、频域分析
频域分析是指将信号分析成各个频率成分的过程。
这是通过调用快速傅里叶变换（FFT）的数学函数来完成的，FFT可以将连续信号调制到带宽。
通过FFT变换，我们可以提取各个频带中的信号模式，这是数字信号处理的基本概念。
2、时域分析
时域分析是指将信号从时域上拆分出来，以便更好地理解。
它可以让我们把信号的表示放大，以及提取其中的时间特征。
这可以通过使用数学变换，如傅里叶变换，傅里叶反变换，低通滤波器来完成。
3、空间域分析
空域分析涉及将图像或声音的空间分布从特定的比较模式中提
取出来。
这通常是通过两种方式完成的：频率域分析和纹理分析。
例
如，通过运用彩色空域调整（CSA）和空域合成（DSS），可以把颜色空间和纹理的信息从图像中提取出来。
三、应用
数字信号处理有多种应用，广泛应用于科学，工程和商业领域，如声学，图像处理，信号处理，通信，控制系统，生物医学，信息素养，自动控制，移动和汽车，以及航空航天等。
它是用来分析，处理和控制信号的，例如语音，图像，视频，音乐，信号检测，通信，检测，仪器和探测等。
DSP芯片简介介绍
图像/视频处理
DSP芯片在图像/视频处理领 域中广泛应用于图像压缩、图 像识别、视频分析等方面。
控制与自动化
DSP芯片在控制与自动化领域 中广泛应用于电机控制、智能 仪表、无人机控制等方面。
02
DSP芯片的发展历程
第一代DSP芯片
总结词
简单计算能力
详细描述
第一代DSP芯片主要提供简单的计算能力，用于处理简单的数学运算和逻辑操 作。它们主要用于控制和监视系统，如工业自动化和过程控制。
图像处理领域的应用案例
01
02
03
图像处理
DSP芯片可以对图像进行 各种处理，如滤波、增强 、色彩校正等，用于改善 图像质量和效果。
视频编解码
DSP芯片能够高效地实现 视频编解码算法，用于视 频会议、视频监控等应用 场景。
3D图形渲染
DSP芯片可以加速3D图形 渲染，提高游戏和虚拟现 实应用的性能和流畅度。
第二代DSP芯片
总结词
增强计算能力
详细描述
第二代DSP芯片在计算能力上有了显著提升，能够处理更复杂的算法和信号处理 任务。它们广泛应用于通信、音频处理、图像处理等领域。
第三代DSP芯片
总结词
高性能与低功耗
详细描述
第三代DSP芯片追求高性能与低功耗的平衡，以满足移动设备和嵌入式系统的需求。它们具备更高的计算密度和 更低的功耗，适用于各种便携式电子产品和物联网设备。
DSP芯片的算法及应用
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1.3 DSP芯片的特点
5．快速的指令周期 由于采用哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、
每利条用指这令种可流通水过线片结内构多，功加能上单执元行完重成复取操指作、，译就码能、保取证操在 作单数指和令执周行期等内多完个成步数骤字，信实号现处多理条中指用令得的最并多行的执乘行法，-从累而加在运 不算提。高如系：统时钟频率的条件下n减少每条指令的执行时间。
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T1
T2
T3
特殊的指令以及集成电路的优化设计，使指令周期可在20ns 以下。如：TMS320C67x的运算速度为100MIPS (Million Instructions Per Second)，即100百万条/秒。 6．硬件配置强
新一代的DSP芯片具有较强的接口功能，除了具有串行 口、定时器、主机接口（HPI）、DMA控制器、软件可编程 等待状态发生器等片内外设外，还配有中断处理器、PLL、 片内存储器、仿真器接口等单元电路，可以方便地构成一个 嵌入式数据处理系统。
典型 DSP 系统
抗混叠 滤波器
A/D
DSP
D/A
平滑 滤波器
x(t)
x(n)
DSP系统基于软件设 计，灵活性高，抗干 扰能力强
y(n)
y(t)
A/D与D/A转换器建立 起了数字世界与现实模拟 世界之间的桥梁
DSP系统的处理过程
① 将输入信号x(t)进行抗混叠滤波，滤掉高于折 叠频率的分量，以防止信号频谱的混叠；
通用DSP划分为定点DSP和浮点DSP两类。 若数据以定点格式工作的——定点DSP芯片。 若数据以浮点格式工作的——浮点DSP芯片。 不同的浮点DSP芯片所采用的浮点格式有所不同，有的
DSP芯片采用自定义的浮点格式，有的DSP芯片则采用IEEE的 标准浮点格式。
1.4 DSP芯片的分类
2. 按用途分类 按照用途，可将DSP芯片分为通用型和专用型两大类。 通用型DSP芯片：一般是指可以用指令编程的DSP芯片，
第一章 DSP概述
第一章 DSP概述
1.1 DSP芯片的概念 1.2 DSP芯片的发展 1.3 DSP芯片的特点 1.4 DSP芯片的分类 1.5 DSP系列产品
1.1 DSP芯片的概念
DSP---Digital Signal Processing DSP---Digital Signal Processor 前者对应“数字信号处理”这门课，侧重理论和 算法的研究 后者对应“DSP原理与应用”这门课，主要来学习 DSP芯片的结构和使用方法
目前，生产通用DSP芯片的厂家如下： TI (美国德州仪器公司) ADI (亚德诺半导体公司/美国模拟器件公司) Freescale (飞思卡尔半导体公司，原摩托罗拉半导体) Lucent (朗讯科技公司---以贝尔实验室为后盾) NEC (日本电气股份有限公司公司)
② 经采样和A/D转换器，将滤波后的信号转换为 数字信号x(n)；
③ 数字信号处理器对x(n)进行处理，得数字信号 y(n)；
④ 经D/A转换器，将y(n)转换成模拟信号； ⑤ 经低通滤波器，滤除高频分量，得到平滑的模
拟信号y(t)。
数字信号处理的实现
数字信号处理的实现是指用硬件、软件或软硬结 合的形式来实现各种算法，一般有以下几种方法：
③④①用用在专通通用用用的的计D可算S编P机芯程上片D用来S软P实芯件现片（，实如专现C用，语集具言成有）电可来路编实A程现S性I，C和但也强速属大度于的慢此处，类 不用度号。户理中②适的。处一所能用合扩不理般需力于单实 展 适。说的，主片时板合不来存可导机数卡于适，储完地（字或嵌合器成位D例S信协入于复。(P包如核号处式以 杂括8是处理应9乘的CC通理器用累数a5c1用。，。h加字）eD可用、运信来S以以R算号P实A器在增为处现M件通强主理，、中用运的的用R的计算密算O于CM算能集法不P、机力型，U太部F系和在D复laS分统提实s杂Ph，算中高时、的再法加运DE数SP配。入算字PR上领专速O信用M域) 和外设(包括串口、并口、主机接口、DMA、定时器等)，组成 用户的ASIC，用在要求信号处理速度极快的特殊场合，如 FFT、数字滤波、卷积、相关算法等，算法由内部硬件电路实 现。
43;1
N+2
N+3
指令译码
N-1
N
N+1
N+2
取操作数
N-2
N-1
N
N+1
执行指令
N-3
N-2
N-1
N
四级流水线操作
1.3 DSP芯片的特点
3. 配有专用的硬件乘法-累加器 为了适应数字信号处理的需要，当前的DSP芯片都配有
专用的硬件乘法-累加器，可在一个周期内完成一次乘法和 一次累加操作，从而可实现数据的乘法-累加操作。如矩阵 运算、FIR和IIR滤波、FFT变换等专用信号的处理。 4. 具有特殊的DSP指令
1.3 DSP芯片的特点
CPU
I/O口
串行接口
并行接口
数据总线DB 地址总线AB
ROM
RAM
外部存储 器接口
冯·诺伊曼结构
1.3 DSP芯片的特点
（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．采用哈佛结构 DSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构 或改进的哈佛结构，比传统处理器的冯·诺伊曼结构有更快的 指令执行速度。
1.3 DSP芯片的特点
(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。
这个时期的代表性器件有 Intel2920(Intel) PD7720(NEC) TMS320C10(TI) DSP16(AT&T) S2811(AMI) ADSP-21(AD)
1.2 DSP芯片的发展
第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后） 这个时期的DSP器件在硬件结构上更适合数字信号处理的 要求，能进行硬件乘法、硬件FFT变换和单指令滤波处理，其 单指令周期为80~100ns。 如TI公司的TMS320C20，它是该公司的第二代DSP器件, 采用了CMOS制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为 语音处理、图像硬件处理技术的发展奠定了基础。 20世纪80年代后期，以TI公司的TMS320C30为代表的第 三代DSP芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范 围逐步扩大到通信、计算机领域。
1.3 DSP芯片的特点
CPU
I/O口
串行接口
并行接口
外部管理数据总线
外部管理地址总线 数据总线
数据地址总线 程序数据总线
ROM
RAM
外部存储 器接口
外部管理数据总线 外部管理地址总线 数据总线 数据地址总线 程序数据总线 程序地址总线
程序地址总线
哈佛结构
1.3 DSP芯片的特点
2．采用流水线技术
如 如 如： ： ：雷数 调 语 二 保6达字 制 音 维 密. 仪处滤 解 编 和 通器理波 调 码 三 信、器维仪自、语图表适自音形应适合处滤应成理波均、、、衡、 快 相 卷 数 回 传 移 语 语 图 图 图 动 声 导 导 电 全789速 关 据 波 真 动 音 音 像 像 像 画 纳 航 弹 子 球... 自医家积傅 运 加 抵 、 通 识 邮 压 鉴 转 、 处 制 对 定动疗用、氏 算 密 消 扩 信 别 件 缩 别 换 电 理 导 抗 位模G变、、、频、、、与、子控工电P式换频数多通纠语语传图模地制程器S匹、谱据路信错音音输像式图配分压复、编增存、增识、Hi、析缩用译强储强别lbe、、、码、、、rt、变换、 1窗 可 文 机 搜 情0函 视 本 器 索 报. 计—数 电 人 与 收语、 话 视 跟 集算音波、觉踪与转形路等处机换产由；理等生器等；等等；；
DSP芯片的应用
随着DSP芯片价格的下降，性能价格比的提高，DSP芯片 具有巨大的应用潜力。
主要应用：
如如：：数模频声 发 自 X心 超 音 音 玩 数 图引助高震-据态谱动 动 电 声 乐 调 具 字 形擎听保裂射123采分分机驾图设合控与电加控器真处线... 集析控析控驶备成制游话速/制音理扫信通语脑、、、制戏器/响器描电电号锁暂函图视处相态数信音理环分发、 析生、、 石机 核 高 工油器 磁 清 作4/人共晰站地. 控振度图质制电勘像视探处H、理DTV 地磁 神 诊 病 变 机 多震盘 经 断 人 频 顶 媒5预网工监空盒体/光. 测络具护调等计军盘与控等算伺处制机服理等等控事等制；
1.3 DSP芯片的特点
7．支持多处理器结构 为了满足多处理器系统的设计，许多DSP芯片都采用支
持多处理器的结构。如：TMS320C40提供了6个用于处理器 间高速通信的32位专用通信接口，使处理器之间可直接对通 ，应用灵活、使用方便；
8．省电管理和低功耗 DSP功耗一般为0.5~4W，若采用低功耗技术可使功耗降
这个时期的器件主要有：TI公司的 TMS320C20、C30、C40、C50系 列，Motorola公司的DSP5600、 9600系列，AT&T公司的DSP32等
1.2 DSP芯片的发展