数字信号处理第7章数字信号处理的硬件实现
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(3)设计DSP系统，DSP系统的设计包括硬件设 计和软件设计两个方面。
硬件设计选择合适的DSP芯片，然后设计DSP 芯片的外围电路及其它电路。
软件设计和编程 。
2020/10/26
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7.1.2 DSP芯片的选择
一般来说，选择DSP芯片时考虑以下诸多因素。 1、 DSP芯片的运算速度 DSP芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来 衡量： (1)指令周期。就是执行一条指令所需要的时间， 通常以ns为单位。 (2) MAC时间。即一次乘法和一次加法的时间。 (3) FFT执行时间。
第7章 数字信号处理的硬件实现
7.1 DSP技术的概念及其发展 7.2 DSP处理器的主要结构特点 7.3 TI系列DSP 7.4 DSP的开发环境
数字信号处理技术主要实现途径：
1、信号处理软件包 缺点是软件实时处理较差，因此，多用于教学与 科研当中。 2、专用的数字信号处理机 方便、经济，但是它的灵活性和适应性都较差。 3、采用单片信号处理器(Chip Digital Signal Processor通常简称为DSP) 把设计师的精力从繁杂的布线和烦琐的调试等硬 件设计中转向软件设计。
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DSP系统的设计的一般过程如图
DSP应用 定义系统性能指标
DSP芯片选择
软件编程 软件调试
硬件设计 硬件调试
系统集成
2020/10/26
系统调试与测试
5
针对上图个部分处理的过程
(1)根据应用系统的目标确定系统的性能指标， 以及信号处理的要求。
(2)根据系统的要求进行高级语言的模拟，通常 使用C语言或MATLAB语言。
2020/10/26
2
7.1 DSP技术的概念及其发展
7.1.1 DSP系统的基本概念
典型的实时信号处理系统
抗混
输
叠带
入
限滤
波器
A/D
DSP 芯片
D/A
平滑
滤波
输
器
出
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DSP系统的优越性主要表现在以下几个方面：
(1)接口方便。系统接口与其它数字系统或设备的 接口是相互兼容的，这样便于信息的交换与传输。
6、DSP 芯片的功耗
在某些DSP应用场合，功耗也是一个需要特别 注意的问题。
7、其他
2020/10/26
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7.1.3 DSP发展
1978年，AMI公司研发世界上第一个单片DSP芯 片是研制的S2811；
1979年Intel公司，展示的商用可编程器件 Intel2920成为DSP芯片发展的一个重要的里程碑；
目前使用的DSP芯片都采用了改进的哈佛结构。
程序存储器
数据存储器
程序/数据存储器
数据存储器
程序高速 缓冲器
(a)
程序 存储器
数据 存储器
程序/数 据存储器
(b)
数据 存储器
数据 存储器
(c) 2020/10/26
(d) 13
7.2.2 硬件乘法器和特殊的DSP指令
考虑到数字信号处理算法中存在着大量的乘加
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7.2 DSP处理器的主要结构特点
7.2.1 哈佛结构
冯·诺曼结构将指令、数据、地址存储在同一存 储器中，统一进行编址，靠指令计数器提供的地址来 区别取出的是数据、地址还是指令。
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哈佛结构则将数据和程序分别存储在不同的存储 器当中，即程序存储器(PM)，数据存储器(DM)，它们 各自独立单独编址，独立访问。与此相对应，系统中 还设置了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据 的吞吐率提高了一倍。
1980年，NEC公司推出的μPD7720成为第一个具 有乘法器电路的商用DSP芯片。
1982年，日本的Hitachi 公司推出第一个采用 CMOS工艺生产浮点DSP芯片。
在DSP芯片市场中，最成功的是美国德克萨斯仪
器公司（Texas Instruments，简称TI）。
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TI公司从1982年推出其产品： 第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品包括 TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17等； 第二代，TMS32020、TMS320C25/C26/C28等； 第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32； 第四代DSP芯片TMS320C40/C44； 第五代DSP芯片TMS320C50/C51/C52/C53以及集 多个DSP于一体的高性能DSP芯片TMS320C80/C82等。 目前TI公司常用的DSP芯片为以下三大系列，即 TMS320C2000，TMS320C5000；TMS320C6000。
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(4) MIPS。即每秒执行百万条指令。 (5) MOPS。即每秒执行百万次操作。 (6) MFLOPS。即每秒执行百万次浮点操作。 (7) BOPS。即每秒执行十亿次操作。 2、DSP芯片的价格 开发阶段选用某种价格稍贵的DSP芯片，等到系 统开发完毕，其价格可能已经下降一倍甚至更多。
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如果是第二代DSP芯片TMS320C25每个抽头的 运算时间将条降为1条，即：
RPT 255 ；重复执行下条指令256次 MACD ；LT、DMOV、MPY和APAC
3、DSP芯片的硬件资源
主要包括：片内RAM和ROM的数量，外部可扩 展的程序和数据空间，总线接口，I/O接口等。
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4、DSP芯片的运算精度
定点DSP芯片的字长为16位或32位，浮点芯片 的字长一般为32位，累加器为40位。
5、DSP芯片的开发工具
在选择DSP芯片的同时必须注意其开发工具的 支持情况，包括软件和硬件的开发工具。
运算，因而几乎所有的DSP芯片都设置了硬件乘法
器，以及相应的MAC(乘法并累加)一类的指令。
N 1
yn hm xn m
例如利用TMS3m200 10实现上式给出的FIR滤波器，
每个抽头需要重复执行下属指令256次：
LT
；装乘数到T寄存器
DMOV ；在存储器中移动数据以实现延迟
MPY ；相乘
APAC ；将乘法结果加到ACC中
(2)编程方便。系统中的可编程芯片可使设计人员 在开发过程中灵活方便地对软件进行修基础，与模拟系 统相比受环境温度以噪声的影响较小，可靠性高。
(4)可重复性好。数字系统便于测试、调试和大规 模生产。
(5)集成方便。系统中的数字部件具有高度的规范
性，便于大规模集成。
硬件设计选择合适的DSP芯片，然后设计DSP 芯片的外围电路及其它电路。
软件设计和编程 。
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7.1.2 DSP芯片的选择
一般来说，选择DSP芯片时考虑以下诸多因素。 1、 DSP芯片的运算速度 DSP芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来 衡量： (1)指令周期。就是执行一条指令所需要的时间， 通常以ns为单位。 (2) MAC时间。即一次乘法和一次加法的时间。 (3) FFT执行时间。
第7章 数字信号处理的硬件实现
7.1 DSP技术的概念及其发展 7.2 DSP处理器的主要结构特点 7.3 TI系列DSP 7.4 DSP的开发环境
数字信号处理技术主要实现途径：
1、信号处理软件包 缺点是软件实时处理较差，因此，多用于教学与 科研当中。 2、专用的数字信号处理机 方便、经济，但是它的灵活性和适应性都较差。 3、采用单片信号处理器(Chip Digital Signal Processor通常简称为DSP) 把设计师的精力从繁杂的布线和烦琐的调试等硬 件设计中转向软件设计。
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DSP系统的设计的一般过程如图
DSP应用 定义系统性能指标
DSP芯片选择
软件编程 软件调试
硬件设计 硬件调试
系统集成
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系统调试与测试
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针对上图个部分处理的过程
(1)根据应用系统的目标确定系统的性能指标， 以及信号处理的要求。
(2)根据系统的要求进行高级语言的模拟，通常 使用C语言或MATLAB语言。
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2
7.1 DSP技术的概念及其发展
7.1.1 DSP系统的基本概念
典型的实时信号处理系统
抗混
输
叠带
入
限滤
波器
A/D
DSP 芯片
D/A
平滑
滤波
输
器
出
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DSP系统的优越性主要表现在以下几个方面：
(1)接口方便。系统接口与其它数字系统或设备的 接口是相互兼容的，这样便于信息的交换与传输。
6、DSP 芯片的功耗
在某些DSP应用场合，功耗也是一个需要特别 注意的问题。
7、其他
2020/10/26
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7.1.3 DSP发展
1978年，AMI公司研发世界上第一个单片DSP芯 片是研制的S2811；
1979年Intel公司，展示的商用可编程器件 Intel2920成为DSP芯片发展的一个重要的里程碑；
目前使用的DSP芯片都采用了改进的哈佛结构。
程序存储器
数据存储器
程序/数据存储器
数据存储器
程序高速 缓冲器
(a)
程序 存储器
数据 存储器
程序/数 据存储器
(b)
数据 存储器
数据 存储器
(c) 2020/10/26
(d) 13
7.2.2 硬件乘法器和特殊的DSP指令
考虑到数字信号处理算法中存在着大量的乘加
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7.2 DSP处理器的主要结构特点
7.2.1 哈佛结构
冯·诺曼结构将指令、数据、地址存储在同一存 储器中，统一进行编址，靠指令计数器提供的地址来 区别取出的是数据、地址还是指令。
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12
哈佛结构则将数据和程序分别存储在不同的存储 器当中，即程序存储器(PM)，数据存储器(DM)，它们 各自独立单独编址，独立访问。与此相对应，系统中 还设置了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据 的吞吐率提高了一倍。
1980年，NEC公司推出的μPD7720成为第一个具 有乘法器电路的商用DSP芯片。
1982年，日本的Hitachi 公司推出第一个采用 CMOS工艺生产浮点DSP芯片。
在DSP芯片市场中，最成功的是美国德克萨斯仪
器公司（Texas Instruments，简称TI）。
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TI公司从1982年推出其产品： 第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品包括 TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17等； 第二代，TMS32020、TMS320C25/C26/C28等； 第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32； 第四代DSP芯片TMS320C40/C44； 第五代DSP芯片TMS320C50/C51/C52/C53以及集 多个DSP于一体的高性能DSP芯片TMS320C80/C82等。 目前TI公司常用的DSP芯片为以下三大系列，即 TMS320C2000，TMS320C5000；TMS320C6000。
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(4) MIPS。即每秒执行百万条指令。 (5) MOPS。即每秒执行百万次操作。 (6) MFLOPS。即每秒执行百万次浮点操作。 (7) BOPS。即每秒执行十亿次操作。 2、DSP芯片的价格 开发阶段选用某种价格稍贵的DSP芯片，等到系 统开发完毕，其价格可能已经下降一倍甚至更多。
2020/10/26
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如果是第二代DSP芯片TMS320C25每个抽头的 运算时间将条降为1条，即：
RPT 255 ；重复执行下条指令256次 MACD ；LT、DMOV、MPY和APAC
3、DSP芯片的硬件资源
主要包括：片内RAM和ROM的数量，外部可扩 展的程序和数据空间，总线接口，I/O接口等。
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4、DSP芯片的运算精度
定点DSP芯片的字长为16位或32位，浮点芯片 的字长一般为32位，累加器为40位。
5、DSP芯片的开发工具
在选择DSP芯片的同时必须注意其开发工具的 支持情况，包括软件和硬件的开发工具。
运算，因而几乎所有的DSP芯片都设置了硬件乘法
器，以及相应的MAC(乘法并累加)一类的指令。
N 1
yn hm xn m
例如利用TMS3m200 10实现上式给出的FIR滤波器，
每个抽头需要重复执行下属指令256次：
LT
；装乘数到T寄存器
DMOV ；在存储器中移动数据以实现延迟
MPY ；相乘
APAC ；将乘法结果加到ACC中
(2)编程方便。系统中的可编程芯片可使设计人员 在开发过程中灵活方便地对软件进行修基础，与模拟系 统相比受环境温度以噪声的影响较小，可靠性高。
(4)可重复性好。数字系统便于测试、调试和大规 模生产。
(5)集成方便。系统中的数字部件具有高度的规范
性，便于大规模集成。