????????數字信號處理器(digital signal processor,DSP)是一種用于數字信號處理的可編程微處理器，它的誕生與快速發展，使各種數字信號處理算送得以實時實現，為數字信號處理的研究和應用打開了新局面，提供了低成本的實際工作環境和應用平臺，推動了新的理論和應用領域的發展。目前，DSP技術在通信、航空、航天。雷達、工業控制、醫療、網絡及家用電器等各個領域都得到了廣泛應用。

1.1 DSP系統和芯片的結構特點

1.1.1 DSP系統的基本結構

通過傳感數將非電物理量轉換為模擬電信號，預處理一般包括放大器和濾波器兩部分，信號經過放大器的放大變為具有一定幅值的模擬輸入信號，而濾波器（低通或帶通）的作用則是濾除輸入模擬信號中的無用頻率成分和噪聲，避免采樣后發生頻譜混疊失真。A/D轉換器的任務是在滿足奈奎斯特采樣定理的條件下，將模擬信號轉換為數字信以，DSP負責對輸入數字信號進行某些算法，如卷積、相關、濾波或快速傅里葉變換(FFT）等。經過處理之后的數字信號再進行DA轉換，由于轉換輸出的模擬信號中含有許多高頻成分，因此要通過重建濾波器濾除這些高頻信號，以獲得平滑的模擬輸出信號。

實際上，為了完成數字信號處理的任務，除了圖1-1所示的DSP基本結構之外，還必須在DSP系統中配置人機接口、存儲器、通信接口、測試接口和電源設備等。

1.1.2 DSP芯片的結構特點

1.采用改進型哈佛結構

????????計算機的總線結構分為：馮·諧依曼(von Neumann）結構和哈佛（Harvard)結構。

????????多數微處理器和單片機采用馮·諾依曼結構，線和數據總線，CPU只能使用同一條地址總線去如圖1-2所示。（在這種結構中只含一條內部地址總分時傳送程序地址和數據地址，使用同一條數據總線去分別讀取程序代碼或進行數據的讀寫訪問）因此，對總線是分時使用，對指令的執行也只能串行進行，而不能并行進行，因而處理速度慢，數據吞吐量低。（程序和數據共用同一套總線，對程序和數據需分時續寫）

?????????哈佛總線結構如圖1-3(a）所示，程序存儲器和數據存儲器是分開的，有多條獨立的程序總線和數據總線，其中PAB、PDB和PCB分別是程序地址總線、程序數據總線和程序控制總線，DAB、DDB和DCB分別是數據地址總線、數據數據總線和數據控制總線，它們可同時對程序和數據進行尋址和讀寫，因此，使指令的執行和對數據的訪問能夠并行進行，使CPU的運行速度和處理能力都得以大幅度提高。

????????DSP采用的是進型哈佛總線結構如圖1-3（b)所示。其改進之處是：在數據總線和程序總線之間有局部的交叉連接，也就是說，在程序空間和數據空間之間有相互訪問的能力，從而增加了存儲器訪問的靈活性，提高了DSP的運行效率。DSP的哈佛總線改進之處主要體現在下列3點。

????????⑴片內RAM可以映像數據空間，也可以映像至程序空間當片內RAM被映像至程序空間時，意味著可以利用程序總線來訪問數據。

????????⑵片內ROM可以映像至程序空間，也可以映像至數據空間。當片內ROM被映像至數據空間時，就可利用數據總線去讀取程序空間。

????????⑶具有根裝裁(boatloader) 功能，允許將片外的指令代碼調至片內數據存儲器，供CPIL零等待運行。

2.流水線操作

?CPU執行一條指令通常分為4個階段。

⑴F：取指(fetch)。

⑵D：譯碼(decode)。

⑶O：取操作數(operand)。

⑷X：執行(execute)。

????????所謂流水線操作就是一條指令的不同階段分在連續的幾個周期上，通過不同的硬件去完成指定的不同執行階段（稱為級 ）。

3.片內集成有硬件乘法器和乘加單元

????????一般微處理器中沒有硬件乘法器，在做乘法運算時，需要調用內部運算序列去執行一系列相加和移位運算才能完成，所以要花費多個時鐘周期。例如，TMS320C54x系列片內集成有一個17位X17位的硬件乘法器和40位的加法器，可以高速完成乘法-累加運算(MAC)；TMS320C6000系列片內有2個硬件乘法器，支持在單周期內完成16位×16位、16位×32位的乘法，并支持雙16位×16位和4個8位×8位的乘法運算。

4.功能強大的CPU結構

????????除了上面提到的硬件乘法器和乘加單元，DSP的CPU一般還包括：算術邏輯運算單元(ALU)、累加器、加法器、桶型移位器、程序地址產生和數據地址產生等部分。

5.硬件循環重復機制

????????許多DSP芯片具有重復操作指令和支持重復操作的專用硬件，通過它們可以自動地重復執行單條指令或一段指令。

6.復合操作指令

????????所謂復合操作是指在一條單字單周期指令中可以分別完成多個操作任務。

7.嵌入式功能

????????DSP片內配置有大量片內外設，如圖1-8所示。一般包括程序存儲器、數據存儲器、定時/計數器、串行口、主機接口、外部存儲器接口、電源控制、JTAG接口等。開發者不用外擴很多器件，既可組成獨立的應用系統。DSP芯片具有很強的擴展接口的能力，可無縫連接片外存儲器和一系列I/O器件。由于DSP既有高速的數字信號處理能力，又有強大的嵌入式接口能力，因此在嵌入式系統中獲得了廣泛應用。

1.3DSP芯片的分類、性能及其應用

?1.3.1 DSP芯片的分類填題

1、按照數據格式分類
????????按照數據格式分為定點DSP和浮點DSP。
2、按照芯片用途分類
????????按照芯片用途分為通用型DSP和專用型DSP。
3、按照芯片結構分類
????????按照芯片的結構有多種分類法。例如，靜態DSP是指在某種頗率范圍內的任問題率上都能正常工作的DSP芯片，除運行速度有變化外，沒有性能的下降：一致性DSP是指它們的指令集、CPU結構及管腳都相互兼容的DSP芯片，如TI公司的TMS320系列DSP等。
????????為某種應用且的而專門設計的ASIC系統，它只涉及一種或一種以上的自然類型數據的處理，如音頻、視頻、語音的壓縮和解壓縮、調制和解調器等，其內部部是由基本DSP運算單元構建的，包括FIR、11R、FFT、DCT和卷積碼的編碼/解碼器及RS編碼/解碼器等。其特點是計算密集、數據量和運算量都很大。
????????積木式結構由乘法器、存儲器、控制電路等單元邏輯電路搭接面成，這種結構方式也稱為硬連線邏輯電路，具有成本低、速度高等特點，但沒有可編程能力。目前主要用于接收機的前端的某些高頻操作中。

1.3.2DSP芯片的性能

????????DSP芯片種類繁多，結構差別很大，使用場合有所不同，因此，目前對DSP性能優劣的衡量還沒有一個統一的標準。不同廠商的產品指標甚至不具備可比性。下述技術指標只是從運算速度的角度描述了DSP的處理能力或性能，僅作為系統設計時的一種參考。
(1)MIPS，百萬條指令/秒。例如，TMS320C6416在時鐘為1GHz時的峰值性能可達8000MIPS。
(2)MOPS，百萬次操作/秒。操作包括CPU操作、地址計算、數據訪問及I/O操作等，該項指標用于評價DSP的處理能力。如 TMS320C6201在時鐘為200MHz時的峰值性能可達2400MOPS。
(3)MFLOPS，百萬次浮點操作/秒。浮點操作包括浮點乘法、加法、減法、浮點數據的存儲等操作。該項指標是衡量浮點DSP處理能力的重要指標。如ADSP-TS201S的峰值性能可達14400MFLOPS。
(4)MBPS:百萬位/秒。該項指標用于衡量DSP的數據傳輸能力，通常指總線或1/O口的帶寬，它是對總線或I/O口數據吞吐率的量度。如TMS320C6000的總線時鐘為200MHz時，其總線數據吞吐率為800MBPS。
(5)MAC執行時間：完成一次乘法累加運算所需要的時間。大部分DSP可在單周期內完成一次MAC。
(6)FFT執行時間：完成一個N點FFT運算所需要的時間。FFT是數字信號處理中的典型運算，因此用FFT執行時間作為DSP的性能衡量標準更具有實用價值。

1.3.3DSP芯片的應用

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總結

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