DSP技术发展与应用综述
数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。 数字信号处理系统的优点：体积小、功耗低、精度高、可靠性高、灵活性大、易于大规模集成、可进行二维与多维处理。 随着大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展，加之从60年代末以来数字信号处理理论和技术的成熟和完善，用数字方法来处理信号，即数字信号处理，已逐渐取代模拟信号处理。 随着信息时代、数字世界的到来，数字信号处理已成为一门极其重要的学科和技术领域。
数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。
冯·诺依曼结构与哈佛结构
1945年，冯·诺依曼首先提出了“存储程序”的概念和二进制原理，后来，人们把利用这种概
念和原理设计的电子计算机系统统称为“冯.诺曼型结构”计算机。
在典型情况下，完成一条指令需要3个步骤，即：取指令、指令译码和执行指令。从指令流的定时关系也可看出冯·诺依曼结构与哈佛结构处理方式的差别。举一个最简单的对存储器进行读写操作的指令，指令1至指令3均为存、取数指令，对冯.诺曼结构处理器，由于取指令和存取数据要从同一个存储空间存取，经由同一总线传输，因而它们无法重叠执行，只有一个完成后再进行下一个。 哈佛结构是一种将程序指令存储和数据存储分开的存储器结构。中央处理器首先到程序指令存储器中读取程序指令内容，解码後得到数据地址，再到相应的数据存储器中读取数据，并进行下一步的操作（通常是执行）。程序指令存储和数据存储分开，可以使指令和数据有不同的数据宽度，如Microchip公司的 PIC16芯片的程序指令是14位宽度，而数据是8位宽度。
哈佛结构的微处理器通常具有较高的执行效率。其程序指令和数据指令分开组织和存储的，执行时可以预先读取下一条指令。
DSP 的发展与现状
在数字信号处理技术发展的初期（二十世纪50- 60 年代），人们只能在微处理器上完成数字信号的处理。直到70 年代，有人才提出了DSP 的理论和算法基础一般认为， 1979 年美国Intel 公司发布的商用可编程器件2920 是DSP 芯片的一个重要里程碑。1980 年，日本NEC公司推出的mPD7720 是第一个具有硬件乘法器的商用DSP 芯片，从而被认为是第一块单片DSP 器件。
随着大规模集成电路技术的发展，1982 年美国德州仪器公司推出世界上第一代DSP 芯片TMS32010 及其系列产品，标志了实时数字信号处理领域的重大突破。TI 公司不久相继推出了第二代和第三代DSP 芯片。90 年代DSP 发展最快，TI 公司相继推出第四代、第五代DSP 芯片等。
随着CMOS 技术的进步与发展，日本的Hitachi 公司在1982 年推出第一个基于CMOS 工艺的浮点DSP 芯片，1983 年日本Fujitsu公司推出的MB8764，其指令周期为120ns，且具有双内部总线，从而使处理吞吐量发生了一个大的飞跃。自1980 年以来，DSP 芯片得到了突飞猛进的发展，DSP 芯片的应用越来越广泛，并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。
新世纪的dsp市场竞争加剧，dsp应用更加广泛，对dsp的要求也在增加。
TMS320LF240X DSP芯片
TMS320F240x DSP是为了满足控制应用而设计的，属于TMS320C2xx系列。通过把一个高性能的DSP内核和微处理器的片内外部设备集成在一个芯片的方案，TMS320LF240x DSP成为传统微控制器和昂贵的多片设计的一种廉价替代产品。3OMIPS的处理速度，使TMS320IF240x DSP可以远远超过传统的16位微控制器和微处理器的性能。
TMS320LF240x DSP的cPu核心具有独立的内部数据和程序总线结构。数据和程序总线分为6条l6位的总线，分别为：PAB，程序地址总线，为读写程序空间提供地址；DRAB，数据读地址总线，为读数据空间提地址；DWAB，数据写地址总线，为写数据空间提供地址；PRDB，从程序空间向c．PU传送代码、立即操作数和表信息的程序读总线；DRDB，从数据空间向中央算术逻辑单元(CALU)和辅助寄存器算术单元(ARAU)传送数据的数据读总线；DWEB，可以传送数据到程序空间和数据空间的数据写总线。数据读地址总线(DRAB)和数据写地址总线(DWAB)是相互独立的地址总线，CPU 在相同的机器周期内可以同时进行数据读写操作。
TMS320LF240x DSP流水线具有四个独立的阶段：取指令、指令译码、取操作数以及指令执行。一般情况下，取指令占用PAB和PRDB；指令译码不占用任何程序和数据总线；取操作数占用DRAB和DRDB；指令执行包括将执行结果写回数据存储器，将占用DWAB和DWEB。可见，TMS320LF240x DSP独特的总线结构大大减少了流水线冲突，极大提高了指令的运行速度。
DSP开发方案的设计与选择
从DSP应用范围看，DSP可分为通用DSP和专用DSP两种。其中专用DSP往往 是实现信号处理的某些专项功能，实现方式则往往是通用DSP的掩模版本 。生产通用DSP的主要厂家有TI公司，AD公司，Motorola，Lucent，其中 TI公司著名的TMS320系列占据了国际市场接近一半的市场份额。 乡村神话
一、DSP系统的功能需求分析
在确定了某个具体应用以后，我们要做的第一件事就是构造出一个DSP系统功能框图（图略）。DSP系统设计中要考虑如下几个重要方面：
1. DSP系统处理的模拟带宽。根据这个带宽，选择合适的A/D采样率，A/D采样频率必须服从采样定理。语音信号一般为几kHz～几十kHz，图像信号则可达8MHz。
2. 实时性要求。系统设计中实时与非实时对系统要求的差异非常之大。
3. 算法的复杂度。为了获得好的系统处理性能，往往要采用复杂算法，而算法越复杂，对DSP处理器的要求也就越多。有时需要在算法的复杂度和处理速度之间进行折衷。
4. DSP系统处理精度要求。一般而言，在高精度要求中往往采用专业浮 点DSP，其它场合采用定点DSP就足够了。在实际应用中，采用块浮点方 法能有效提高定点DSP的处理精度。
5. 成本要求。在军事和航天用途中，为了高性能、高可靠性和留有发展余地，往往尽量采用高性能DSP处理器，甚至不计成本。而在工业和消费领域中，为了保持最终产品在市场上的竞争力，往往要寻性能价格比最好的产品。
6. 可靠性要求。DSP处理系统所有器件的选择，必须考虑产品的最后 应用场合，原则上星载系统采用宇航级，军事应用采用军品，工业场合选用工业级器件，民用选用商品级即可。
7. 方便开发和使用。为了方便开发仿真，DSP系统设计师最好选用带JTAG硬件仿真接口的DSP芯片，既能方便开发，又便于此后生产中的测试。
二、DSP算法的验证与模拟
一个实际的DSP处理系统必然要使用各种算法，要求DSP系统设计者在 选择某种算法前就精通各种算法的细节是不现实的。DSP处理系统所选 用的算法无非是各种通用算法的组合和改进。革命性的算法不是DSP设计师的任务，DSP系统设计师应尽量选用成熟可靠，经过时间考验的算法而支持各种通用算法的DSP模拟软件市场上已有不少。
三、DSP开发工具的选择
在选定了DSP器件型号后，DSP开发工具的选择就提到议事日程。使用开发工具的目的，是为了调试DSP系统的硬件和 软件。常言道：工欲善其事，必先利其器，选择一个适合的开发工具，对加快开发进度、保证开发质量有很大的帮助。
四、DSP系统调试
硬件设计应注意如下要点：
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1. 认真处理好复位和时钟信号。
2. 在DSP电路中，对所有的输入信号必须有明确的处理，不能悬浮和置 之不理。
3. 模拟电路和数字电路独立布线，最后单点连接电源和地。软件设计则 应严格按照软件工程的方法进行管理。
DSP技术在各领域的应用
1 DSP 技术在电力系统模拟量采集和测量中的应用
计算机进入电力系统调度后，引入了EMS/DMS/SCADA的概念，而电力系统数据采集和测量是SCADA的基础部分。应用交流采用技术以后，经过二次PT、CT的变换后，直接对每周波的多点采样值采用DSP 处理算法进行计算，得到电压和电流的有效值和相角，免去了变送器环节。
2 DSP 在变电站自动化的应用
由于DSP 集成度高，硬件设计方便，使设计起来更容易，而且增加了产品的可靠性，DSP 在冗余设计上更容易，为水电站实现无人值班，少人值守的发展方向，提供了可靠的新技术。
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3 DSP 在多媒体通信中的应用
多媒体包括文字、语言、图形和数据等媒体。多媒体信息中绝大部分是视频数据和音频数据，而数字化的音、视频数据的数据量是非常庞大的，只有采用先进的压缩编码算法对其进行压缩，节省储存空间，提高通信线路的传输效率，才能使高速的多媒体通信系统成为可能。多媒体通信要求多媒体网络终端应能快速处理信息，并具有较强的交互性。
4 DSP 在软件无线电的应用小笠原岛
随着DSP 技术的发展和应用的成熟，特别是低功耗DSP芯片的出现，使软件无线电的应用研究成为热点。软件无线电具有系统结构通用、功能实现软件化和互操作性好等一系列有优点。其体系结构有电源、天线、多带射频转换器和A/D/A变换器与DSP 组成。
5 DSP 在机器人控制中的应用
随着机器人控制系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高，采用高速、高性能的DSP 将成为主要的控制方式。
DSP技术的发展趋势
当药（1）系统级集成DSP是潮流。
小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。当前的DSP尺寸小、功耗低、性能高。
（2）追求更高的运算速度和进一步降低功耗和几何尺寸。
由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP必须追求更高更快的运算速度，才能跟上电子设备的更新步伐。同时由于DSP的应用范围已扩大到人们工作生活的各个领域，特别是便携式手持产品对于低功耗和尺寸的要求很高，所以DSP有待于进一步降低功耗。
（3）DSP的内核结构进一步改善。
多通道结构和单指令多重数据（SIMD）、超长指令字结构（VLIM）、超标量结构、超流水结构、多处理、多线程及可并行扩展的超级哈佛结构(SHARC)在新的高性能处理器中将
占据主导地位。
球面滚子轴承（4）DSP嵌入式系统。
这种系统既具有DSP器件在数据处理方面的优势，又具有应用目标所需要的技术特征。在许多嵌入式应用领域，既需要在数据处理方面具有独特优势的DSP，也需要在智能控制方面技高一筹的微处理器(MCU)。
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