淺談DSP芯片

【摘 要】進(jìn)入21世紀(jì)后，數(shù)字化浪潮正在席卷全球，數(shù)字信號(hào)處理器（digital signal processor，DSP）正是這場(chǎng)數(shù)字化革命的核心，DSP技術(shù)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域也已經(jīng)向各個(gè)工程領(lǐng)域擴(kuò)展。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化 嵌入式 信號(hào)

一、引言

隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并得到迅速發(fā)展。數(shù)字化技術(shù)大大減輕了模擬技術(shù)時(shí)代科學(xué)產(chǎn)品的瓶頸，它將大量信息進(jìn)行數(shù)字化處理，大大提高了顯示信息的處理與傳送。進(jìn)入21世紀(jì)之后，數(shù)字化浪潮正在席卷全球，DSP正是這場(chǎng)數(shù)字化革命的核心，DSP技術(shù)已成為人們?nèi)找骊P(guān)注并得到迅速發(fā)展的前沿技術(shù)。

DSP技術(shù)的發(fā)展可歸結(jié)成3次浪潮。（一）由通信技術(shù)主導(dǎo)。人們可以將語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化，大大地提高了傳輸?shù)男省＃ǘ┯蓨蕵?lè)主導(dǎo)。電視節(jié)目、音樂(lè)、相片和錄像已經(jīng)是數(shù)字化傳播和播放。如今，人們正經(jīng)歷第三次浪潮，它主要應(yīng)用市場(chǎng)將是汽車、監(jiān)控、醫(yī)療與教育領(lǐng)域。

目前，DSP已經(jīng)占據(jù)嵌入式通信終端和基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，其“觸角”也已延伸至更多的嵌入式數(shù)字多媒體應(yīng)用領(lǐng)域，同時(shí)以其完全的軟件可編程的靈活性，在眾多的數(shù)字信息產(chǎn)品解決方案中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。

二、DSP的定義

DSP有兩種解釋：數(shù)字信號(hào)處理和數(shù)字信號(hào)處理器。

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（Digital Signal Processing ，DSP）：用數(shù)學(xué)方法對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，處理包括變化或提取相應(yīng)的信息。

數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor）：用于實(shí)時(shí)完成數(shù)字信號(hào)處理的微處理器。簡(jiǎn)而之，高性能、高速度的單片微處理器。

三、DSP芯片的特點(diǎn)

DSP芯片是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法，一般具有如下主要特點(diǎn)：

（一）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；

（二）程序和數(shù)據(jù)空間分開(kāi)，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)；

（三）片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn)；

（四）具有低開(kāi)銷或無(wú)開(kāi)銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；

（五）快速的中斷處理和硬件I/O支持；

（六）具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器；

（七）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；

（八）支持流水線操作，使指令、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

四、DSP與其它微處理器相比DSP的優(yōu)勢(shì)

（一）微控制器：一塊芯片上集成 CPU， RAM， ROM， 串/并接口， 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器， 中斷電路等；適合應(yīng)用于I/O和控制能力比速度更重要的地方；緊湊指令集；8051，Atemal，PIC等單片機(jī)。

（二）微處理器：?jiǎn)纹珻PU，附加外圍電路；RISC計(jì)算機(jī)；CISC計(jì)算機(jī)；Pentium系列、PowerPC、MIPS等通用計(jì)算機(jī)

（三）數(shù)字信號(hào)處理器 （DSPs）：一塊芯片上集成CPU、RAM， ROM， 串/并接口， 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器， 中斷電路等；優(yōu)化CPU架構(gòu)，使之適合實(shí)時(shí)信號(hào)處理中的快速、重復(fù)運(yùn)算；例如TMS320系列DSP

與單片機(jī)、通用處理器相比，DSP處理器在信號(hào)處理應(yīng)用中在速度、成本以及功率方面更具優(yōu)勢(shì)。因?yàn)镈SP具有先進(jìn)而性能優(yōu)化的CPU內(nèi)核，通過(guò)一些諸如單周期乘累加（MAC）、并行處理、流水線、專用內(nèi)部計(jì)算引擎和集成外設(shè)的技術(shù)獲得高性能。這些處理器的性能通常以每秒百萬(wàn)次或是一次操作來(lái)計(jì)算。具體來(lái)說(shuō)，在DSP架構(gòu)后面提供了以下一些技術(shù)，大大減少了進(jìn)行高效信號(hào)處理所需的時(shí)間。

五、DSP芯片的應(yīng)用

（一）信號(hào)處理——如數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅立葉變換、相關(guān)運(yùn)算、譜分析、卷積、模式匹配、加窗、波形產(chǎn)生等；

（二）通信——如調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回波抵消、多路復(fù)用、傳真、擴(kuò)頻通信、糾錯(cuò)編碼、可視電話等；

（三）語(yǔ)音——如語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音增強(qiáng)、說(shuō)話人辨認(rèn)、說(shuō)話人確認(rèn)、語(yǔ)音郵件、語(yǔ)音存儲(chǔ)等；

（四）圖形/圖像——如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強(qiáng)、動(dòng)畫、機(jī)器人視覺(jué)等；

（五）軍事——如保密通信、雷達(dá)處理、聲納處理、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)等；

（六）儀器儀表——如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)、地震處理等；

（七）自動(dòng)控制——如引擎控制、聲控、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人控制、磁盤控制等；

（八）醫(yī)療——如助聽(tīng)、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護(hù)等；

（九）家用電器——如高保真音響、音樂(lè)合成、音調(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電話/視等。

還有很多例子，例如：醫(yī)院用的B超、CT、核磁共振，衛(wèi)星遙感遙測(cè)，天氣預(yù)報(bào)、地震預(yù)報(bào)、地震探礦，數(shù)字化士兵、數(shù)字化戰(zhàn)爭(zhēng)……DSP的應(yīng)用領(lǐng)域取決于設(shè)計(jì)者的想象空間。

在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，普通單片機(jī)在一些復(fù)雜控制中已經(jīng)漸漸跟不上時(shí)代的需求，對(duì)于一些高精尖的設(shè)備上DSP必將占有一定的地位。整體來(lái)看，DSP 應(yīng)用在通訊領(lǐng)域、數(shù)字影音的產(chǎn)品將越來(lái)越普及，使得相關(guān)市場(chǎng)需求越來(lái)越大，未來(lái) DSP 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將越趨激烈。

在可預(yù)見(jiàn)的一段時(shí)間內(nèi)，無(wú)線應(yīng)用仍將是可編程DSP市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)引擎，而嵌入式DSP市場(chǎng)則更有潛力。不管是何種形式，DSP技術(shù)仍是新興IP電話市場(chǎng)的樞紐。沒(méi)有DSP技術(shù)就沒(méi)有對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的訪問(wèn)和多媒體，也不可能有無(wú)線通訊。因此，DSP仍將是整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力。

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