DSP习题答案

习题答案

第1章

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章

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×16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×17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

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