1、DSP原理及應(yīng)用任志平電子信息科學(xué)與技術(shù)教研室Principle & Application of DSP1本課程的要求 考勤：嚴(yán)禁曠課、遲到，隨機(jī)點(diǎn)名，無故曠課達(dá)30%，取消期末考資格；遲到、早退三次算一次曠課。有事提前請(qǐng)假，點(diǎn)名后補(bǔ)假條無效；作業(yè)：每人準(zhǔn)備一個(gè)筆記本，作業(yè)本 ，不能用單頁紙，學(xué)期末作業(yè)本就是一本復(fù)習(xí)提綱。按時(shí)完成作業(yè)，嚴(yán)禁抄襲，發(fā)現(xiàn)者不論是抄襲者還是被抄者，全部按未交作業(yè)處理。未按時(shí)交作業(yè)者：晚4個(gè)小時(shí)，成績(jī)扣除5%，晚12個(gè)小時(shí)，扣除30%，晚24小時(shí)，成績(jī)扣除60%，晚48小時(shí)，成績(jī)?yōu)?。總成績(jī)=考試成績(jī)*0.7+作業(yè)實(shí)驗(yàn)*0.2+考勤*0.12有關(guān)本課程學(xué)習(xí)的幾點(diǎn)建議

2、 本課程的前期基礎(chǔ)課程數(shù)字電路、微機(jī)原理、單片機(jī)原理及應(yīng)用、數(shù)字信號(hào)處理本課程是一門實(shí)踐性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)于課程的理解主要在于課下的功課。硬件/軟件同樣重要、不可偏廢 硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ), 軟件是系統(tǒng)的靈魂3課堂授課時(shí)間分配: (40學(xué)時(shí))CH1 概述 4CH2 TMS320VC33結(jié)構(gòu) 6CH3 存儲(chǔ)器和高速緩沖器 2CH4 外圍 6CH5 數(shù)據(jù)格式和浮點(diǎn)運(yùn)算 2CH6 尋址方式 6CH7 匯編語言指令 4CH8 流水線操作 2CH9 公共目標(biāo)文件 2CH10 十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換與引導(dǎo) 2CH11 硬件應(yīng)用 2復(fù)習(xí)答疑 24第一章 DSP技術(shù)概述基本內(nèi)容和要求：1了解數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和數(shù)字信號(hào)

3、處理器的概念2理解可編程DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)；3了解DSP芯片與其他微處理器的優(yōu)缺點(diǎn)；4理解DSP系統(tǒng)的基本組成及設(shè)計(jì)步驟；5掌握DSP系統(tǒng)中的DSP芯片的選擇原則；6掌握描述DSP運(yùn)算速度的指標(biāo)；7. 了解DSP技術(shù)新的發(fā)展動(dòng)態(tài)、芯片型號(hào)及應(yīng)用領(lǐng)域。5第一章 DSP技術(shù)概述1.3 DSP開發(fā)1.1 DSP系統(tǒng)概述1.2 DSP芯片61.1 DSP系統(tǒng)概述DSP系統(tǒng)模擬系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)運(yùn)算過程強(qiáng)調(diào)控制實(shí)時(shí)處理FPGA/CPLDDSP芯片模擬器件7 DSP的基本概念 信號(hào)：一個(gè)或多個(gè)自變量的函數(shù)。自變量：時(shí)間、距離、溫度、壓力 對(duì)應(yīng)信號(hào)維數(shù)信號(hào)的分類：模擬信號(hào) 時(shí)域離散信號(hào) 數(shù)字信號(hào)8DSP

4、（Digital Signal Processing）也就是我們常說的數(shù)字信號(hào)處理，它是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，變換，濾波，估值，增強(qiáng)，壓縮，識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。DSP的含義數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing) 數(shù)字信號(hào)處理的理論和算法數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor) 實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法的微處理器芯片9DSP的基本概念 一個(gè)典型的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng) 微處理器是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的核心部件，通常采用DSP芯片，也可采用其它處理器芯片 A/D與D/A轉(zhuǎn)換器建立起了數(shù)字世界與現(xiàn)實(shí)模擬世界之

5、間的橋梁。10一個(gè)典型的數(shù)字信號(hào)處理算法FIR濾波器 乘與累加（MAC）是數(shù)字信號(hào)處理中的典型計(jì)算11數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中 微處理器的選擇通用微型計(jì)算機(jī)（PC機(jī)） 普通單片機(jī)（如MCS-51、96系列等）專用集成電路（ASIC） DSP處理器 優(yōu)點(diǎn)：編程容易，便于實(shí)現(xiàn)缺點(diǎn)：速度慢、成本高、體積大，難以進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理和嵌入式應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：成本低廉缺點(diǎn)：性能差、速度慢優(yōu)點(diǎn)：速度高、大規(guī)模生產(chǎn)成本低；缺點(diǎn)：開發(fā)成本高、通用性差。針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的要求而設(shè)計(jì)，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用的主流芯片。優(yōu)點(diǎn)：靈活、高速、便于嵌入式應(yīng)用12DSP系統(tǒng)的特點(diǎn) 1. 精度高，速度快模擬網(wǎng)絡(luò)元件（R、L、C等）精度1

6、0-3模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)難數(shù)字系統(tǒng)16位字長(zhǎng)DSP、D/A精度10-5132.可靠性強(qiáng),穩(wěn)定性好信號(hào)放大器A信號(hào)放大器B計(jì)算機(jī)A計(jì)算機(jī)BA、B結(jié)果可能不同A、B結(jié)果果相同只要誤差不超過0、1判決電平143.集成度高 DSP系統(tǒng)表面貼裝ASIC芯片DSPCPLDFPGA開發(fā)壓縮體積降低成本154. 接口方便 以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是兼容的，系統(tǒng)接口方便。5.靈活性好 DSP系統(tǒng)DSPCPLDFPGA可編程可編程可編程改變軟件不同的功能硬件更簡(jiǎn)單DSP系統(tǒng)開發(fā)周期大大縮短166.保密性好 DSP系統(tǒng)DSPCPLDFPGA可編程可編程保密性好隱蔽內(nèi)部總線地址變化做成ASIC保密性能幾乎無懈可擊

7、177.時(shí)分復(fù)用 信號(hào)的采樣頻率與DSP系統(tǒng)的運(yùn)算速度相比較低的場(chǎng)合。系統(tǒng)n信道1信道2信道n實(shí)時(shí)性要求不高的場(chǎng)合。 應(yīng)用場(chǎng)合DSP系統(tǒng)系統(tǒng)2系統(tǒng)1182.2 DSP芯片一、 DSP芯片的特點(diǎn)二、 DSP芯片的發(fā)展歷程三、 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)四、 DSP芯片的分類五、 DSP芯片的選擇六、 DSP芯片的應(yīng)用19一 DSP芯片的特點(diǎn)(1) 采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)；(2) 具有專用硬件乘法器，可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成一次乘法和一次加法； (3) 支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行;(4) 精度高，16位的字長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)范圍96DB，32位浮點(diǎn)數(shù)，

8、 動(dòng)態(tài)范圍1536DB;(5) 指令豐富，適合于FIR，IIR，F(xiàn)FT；(6) 片內(nèi)具有快速 RAM，通?？赏ㄟ^獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問；(7) 可以并行執(zhí)行多個(gè)操作；特殊的DSP指令。(8) 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。20二、 DSP芯片的發(fā)展歷程發(fā)展歷史誕生于20世紀(jì)70年代末第一階段，DSP的雛形階段（1980年前后） 1978年，AMI公司生產(chǎn)出第一片DSP芯片S2811 1979年，美國Intel公司推出商用可編程器件DSP芯片Intel2920 211980年，日本NEC公司推出PD7720，第一片具有乘法器的商用DSP芯片1982年，TI公司成功推出其第一代D

9、SP芯片TMS32010及其系列產(chǎn)品TMS32011、TMS320C10/C14 /C15/C16/C17日本Hitachi公司第一個(gè)采用CMOS工藝生產(chǎn)浮點(diǎn)DSP芯片1983年，日本Fujitsu公司推出的MB8764，指令周期為120ns，具有雙內(nèi)部總線，使數(shù)據(jù)吞吐量發(fā)生了一個(gè)大的飛躍1984年，AT&T公司推出DSP32，是較早的具備較高性能的浮點(diǎn)DSP芯片22第二階段，DSP的成熟階段（1990年前后）硬件結(jié)構(gòu)：更適合數(shù)字信號(hào)處理的要求，能進(jìn)行硬件乘法和單指令濾波處理，其單指令周期為ns。如：TI公司的TMS320C20和TMS320C30，CMOS制造工藝，存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度成倍提高

10、，為語音處理、圖像處理技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。主要器件有：TI公司的TMS320C20、30、40、50系列，Motorola公司的DSP5600、9600系列，AT&T公司的DSP32等。23第三階段，DSP的完善階段（2000年以后）信號(hào)處理能力更加完善，而且使系統(tǒng)開發(fā)更加方便、程序編輯調(diào)試更加靈活、功耗進(jìn)一步降低、成本不斷下降 各種通用外設(shè)集成到片上，大大地提高了數(shù)字信號(hào)處理能力 DSP運(yùn)算速度可達(dá)到單指令周期10ns左右，可在Windows 下用C語言編程，使用方便靈活廣泛應(yīng)用：通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，并滲透到日常消費(fèi)領(lǐng)域24 DSP芯片的 發(fā)展現(xiàn)狀制造工藝存儲(chǔ)器容量 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 運(yùn)算速度 高度

11、集成化 運(yùn)算精度和動(dòng)態(tài)范圍 開發(fā)工具 具有較完善的軟件和硬件開發(fā)工具，如：軟件仿真器Simulator、在線仿真器Emulator、C編譯器和集成開發(fā)環(huán)境CCS等，給開發(fā)應(yīng)用帶來很大方便。CCS是TI公司針對(duì)本公司的DSP產(chǎn)品開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境。它集成了代碼的編輯、編譯、鏈接和調(diào)試等諸多功能，而且支持C/C+和匯編的混合編程。開放式的結(jié)構(gòu)允許外擴(kuò)用戶自身的模塊。 普遍采用0.25m或0.18m亞微米的CMOS工藝。引腳從原來的40個(gè)增加到200個(gè)以上，需要設(shè)計(jì)的外圍電路越來越少，成本、體積和功耗不斷下降。芯片的片內(nèi)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可達(dá)到幾十K字，而片外程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可達(dá)到16M48位和

12、4G40位以上。芯片內(nèi)部均采用多總線、多處理單元和多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，加上完善的接口功能，使DSP的系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)處理能力和與外部設(shè)備的通信功能都有了很大的提高。 指令周期從400ns縮短到10ns以下，其相應(yīng)的速度從2.5MIPS提高到2000MIPS以上。如TMS320C6201執(zhí)行一次1024點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT運(yùn)算的時(shí)間只有66uS。 集濾波、A/D、D/A、ROM、RAM和DSP內(nèi)核于一體的模擬混合式DSP芯片已有較大的發(fā)展和應(yīng)用。 DSP的字長(zhǎng)從8位已增加到64位，累加器的長(zhǎng)度也增加到40位，從而提高了運(yùn)算精度。同時(shí)，采用超長(zhǎng)字指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)和高性能的浮點(diǎn)運(yùn)算，擴(kuò)大了數(shù)據(jù)處理的動(dòng)態(tài)范圍

13、。 25 DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) DSP的內(nèi)核結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步改善DSP和微控制器的融合 DSP和高檔CPU的融合 DSP 和FPGA的融合 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS與DSP的結(jié)合 DSP的并行處理結(jié)構(gòu) 功耗越來越低 26三 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)哈佛結(jié)構(gòu)；Von Neumann- 馮.諾依曼Harvard 哈佛Von Neumann:數(shù)據(jù)、代碼共享內(nèi)存空間數(shù)據(jù)、代碼共享內(nèi)存總線Example: Intels x86 Pentium Processor familyHarvard:數(shù)據(jù)、代碼獨(dú)立存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)、代碼獨(dú)立存儲(chǔ)總線Improve Harvard:允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲(chǔ)器中，并被算術(shù)運(yùn)算指令直接使

14、用增強(qiáng)了芯片的靈活性指令存儲(chǔ)在高速緩沖器中，當(dāng)執(zhí)行此指令時(shí)，不需要再從存儲(chǔ)器中讀取指令，節(jié)約了一個(gè)指令周期的時(shí)間27(2) 流水線 TMS320系列處理器的流水線深度從2-6級(jí)不等，也就是說，處理器可以并行處理2-6條指令，每條指令處于流水線上的不同階段。例如在一個(gè)三級(jí)流水線操作中，取指，譯碼和執(zhí)行操作可以獨(dú)立地處理，這可使指令執(zhí)行能夠完全重疊。這樣就增強(qiáng)了處理器的處理能力。28(3) 專用硬件乘法器 在一般形式的FIR濾波器中，乘法是DSP的重要組成部分。在TMS320系列中，由于具有專用的硬件乘法器，乘法可以在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。這樣可以大量降低FIR的計(jì)算時(shí)間。29(4) 特殊DSP指令

15、; 在TMS320系列中有一些特殊的DSP指令，它們?cè)谝粋€(gè)指令周期內(nèi)用一條指令就可以實(shí)現(xiàn)普通需要幾條指令才可以實(shí)現(xiàn)功能，如MAC指令，它可以在一個(gè)指令周期中完成一次乘法和一次加法運(yùn)算。這樣即節(jié)省了時(shí)間，又提高了編程的靈活性。 并行、跳轉(zhuǎn)、延遲指令30四 DSP芯片的分類定點(diǎn)和浮點(diǎn) 定點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快、精度低，動(dòng)態(tài)范圍小 TI：C1X、C2X、C5X Motorola:MC56000 AD:ADSP21xx 浮點(diǎn)：數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍大，運(yùn)算精度高，實(shí)時(shí)性好 TI：C3X、C4X、C8X Motorola:MC96001 AT&T:DSP32/32C31四 DSP芯片的分類通用和專用 通用普通DSP

16、芯片 TI：TMS320系列 專用特定DSP芯片，數(shù)字濾波、卷積和FFT Motorola:DSP5620032四 DSP芯片的分類靜態(tài)和一致性（工作時(shí)鐘和指令類型） 靜態(tài)在時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)任何時(shí)鐘頻率上，DSP均 正常工作，除速度外，性能不變。 TI：TMS320C2x 一致性多種DSP處理器的指令系統(tǒng)和相應(yīng)的機(jī)器代碼及引腳結(jié)構(gòu)相互兼容。 TI：TMS320C54x33五 DSP芯片的選擇設(shè)計(jì)DSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇DSP芯片是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。只有選定了DSP芯片才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)其外圍電路及系統(tǒng)的其它電路。選擇原則：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)需要、應(yīng)用場(chǎng)合、目的，選擇滿足所需功能、成本低、耗電小、使用方便

17、、有技術(shù)支持、升級(jí)方便的芯片。341TI公司的DSP芯片 TI公司常用的DSP芯片可以歸納為三大系列：（1）TMS320C2000系列，稱為DSP控制器，集成了flash存儲(chǔ)器、高速A/D轉(zhuǎn)換器以及可靠的CAN模塊及數(shù)字馬達(dá)控制的外圍模塊，適用于三相電動(dòng)機(jī)、變頻器等高速實(shí)時(shí)工控產(chǎn)品等需要數(shù)字化的控制領(lǐng)域。（2）TMS320C5000系列，這是16位定點(diǎn)DSP。主要用于通信領(lǐng)域，如IP電話機(jī)和IP電話網(wǎng)關(guān)、數(shù)字式助聽器、便攜式聲音/數(shù)據(jù)/視頻產(chǎn)品、調(diào)制解調(diào)器、手機(jī)和移動(dòng)電話基站、語音服務(wù)器、數(shù)字無線電、小型辦公室和家庭辦公室的語音和數(shù)據(jù)系統(tǒng)。主要的DSP芯片種類35（3）TMS320C6000系

18、列DSP 采用新的超長(zhǎng)指令字結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)芯片。其中2000年以后推出的C64x，在時(shí)鐘頻率為1.1GHz時(shí)，可達(dá)到8800MIPS以上，即每秒執(zhí)行90億條指令。其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋?）數(shù)字通信 完成FFT、信道和噪聲估計(jì)、信道糾錯(cuò)、干擾估計(jì)和檢測(cè)等。2）圖像處理 完成圖像壓縮、圖像傳輸、模式及光學(xué)特性識(shí)別、加密/解密、圖像增強(qiáng)等。362AD公司的DSP芯片 特點(diǎn)：系統(tǒng)時(shí)鐘一般不經(jīng)分頻直接使用。定點(diǎn)DSP芯片的程序字長(zhǎng)為24位，數(shù)據(jù)字長(zhǎng)為16位。一般具有2個(gè)串行口、1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器和3個(gè)以上的外部中斷源，此外還提供8位EPROM程序引導(dǎo)方式。浮點(diǎn)DSP芯片，程序存儲(chǔ)器為48位，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為40位，支持3

19、2位單精度和40位擴(kuò)展精度的IEEE浮點(diǎn)格式，內(nèi)部具有3248位的程序Cache，有3至4個(gè)外部中斷源。37AD的BLACKFIN ADSP-21535383AT&T公司的DSP芯片 定點(diǎn)DSP芯片的程序和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)均為16位，有2個(gè)精度為36位的累加器，具有1個(gè)深度為15字的指令Cache，片內(nèi)具有2K字的程序ROM和512字的數(shù)據(jù)RAM。 浮點(diǎn)DSP芯片，80/100ns的指令周期，片內(nèi)具有3個(gè)512字的RAM塊，或2個(gè)512字的RAM塊加1個(gè)4K字的ROM塊。可以尋址4M字的外部存儲(chǔ)器。具有4個(gè)40位精度的累加器和22個(gè)通用寄存器。39LUCENT用STARCORE開發(fā)的新DSP404Mo

20、torola公司的DSP芯片定點(diǎn)DSP芯片程序和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)為24位，有2個(gè)精度為36位的累加器。 浮點(diǎn)DSP芯片，累加器精度達(dá)96位，可支持雙精度浮點(diǎn)數(shù)，該芯片的指令周期為50/60/74ns。內(nèi)部具有10個(gè)96位或32位基于寄存器的累加器。適合于自適應(yīng)濾波的專用定點(diǎn)DSP芯片，程序字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)字長(zhǎng)分別為24位和16位，累加器精度為40位。41425其他公司NEC公司的PD77C25、PD77220定點(diǎn)DSP芯片和PD77240浮點(diǎn)DSP芯片等。LUCENT的DSP1600等，INTEL也有自己的DSP產(chǎn)品。 INTEL&AD 的新DSP CORE431DSP芯片的運(yùn)算速度 MAC時(shí)間：一次乘法和

21、一次加法的時(shí)間。大部分DSP芯片可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成一次乘法和一次加法操作。FFT執(zhí)行時(shí)間：運(yùn)行一個(gè)N點(diǎn)FFT程序所需時(shí)間。由于FFT運(yùn)算在數(shù)字信號(hào)處理中很有代表性，因此FFT運(yùn)算時(shí)間常作為衡量DSP芯片運(yùn)算能力的一個(gè)指標(biāo)。MIPS：每秒執(zhí)行百萬條指令。MOPS：每秒執(zhí)行百萬次操作。MFLOPS：每秒執(zhí)行百萬次浮點(diǎn)操作。BOPS：每秒執(zhí)行十億次操作。選擇芯片考慮的因素442DSP芯片的價(jià)格 如果采用價(jià)格昂貴的DSP芯片，即使性能再好，其應(yīng)用范圍也受到一定限制，尤其是民用產(chǎn)品。 3DSP芯片的硬件資源 不同DSP芯片所提供的硬件資源不同，如片內(nèi)RAM、ROM的數(shù)量，外部可擴(kuò)展的程序和數(shù)據(jù)空間，

22、總線接口、I/O接口等。 4DSP芯片的運(yùn)算精度 一般的定點(diǎn)DSP芯片字長(zhǎng)為16位，少數(shù)24位。浮點(diǎn)芯片的字長(zhǎng)一般為32位，累加器為40位。455DSP芯片的開發(fā)工具 在DSP系統(tǒng)的開發(fā)過程中，如果沒有開發(fā)工具的支持，要想開發(fā)一個(gè)復(fù)雜的DSP系統(tǒng)幾乎是不可能的。功能強(qiáng)大的開發(fā)工具，可使開發(fā)時(shí)間大大縮短。6DSP芯片的功耗 便攜式的DSP設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用的DSP設(shè)備等對(duì)功耗有特殊的要求。7其他因素 除了上述因素外，還要考慮到封裝形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、供貨情況、生命周期等。46一般地講：定點(diǎn)DSP芯片的價(jià)格較便宜，功耗較低，但運(yùn)算精度稍低。浮點(diǎn)DSP芯片的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算精度高，用C語言編程調(diào)試方便，

23、但價(jià)格稍高，功耗較大。DSP應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)算量是確定選用DSP芯片處理能力的基礎(chǔ)。運(yùn)算量小，則可選用處理能力不是很強(qiáng)的DSP芯片，降低系統(tǒng)成本。如果單片DSP芯片達(dá)不到要求，則需選用多個(gè)DSP芯片并行處理。47六 DSP芯片的應(yīng)用據(jù)預(yù)測(cè)，2007年MPU/MCU/DSP總計(jì)銷售額達(dá)到564億美元，預(yù)計(jì)2011年達(dá)到845億美元規(guī)模 。2007年MCU單元出貨量預(yù)計(jì)大幅增長(zhǎng)21%，銷售收入將達(dá)140億美元，比2006年的124億美元增加13%。2008年，預(yù)計(jì)MCU銷售將再次增長(zhǎng)13%，達(dá)到158億美元。數(shù)字信號(hào)處理器，預(yù)計(jì)年增長(zhǎng)率為9%，DSP銷售額為79億美元，預(yù)計(jì)2008年DSP市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到

24、89億美元，增長(zhǎng)率達(dá)到13%。484950DSP芯片的主要應(yīng)用領(lǐng)域 目前DSP的應(yīng)用主要包括如下方面： （1）信號(hào)處理 如數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅里葉變換、希爾伯特變換、小波變換、相關(guān)運(yùn)算、譜分析、卷積、模式匹配、加窗、波形產(chǎn)生等。51（2）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、個(gè)人通信系統(tǒng)、移動(dòng)通信、個(gè)人數(shù)字助手（PDA）、X.25分組交換開關(guān)等。（3）語音 如語音編碼、語音合成、語音識(shí)別、語音增強(qiáng)、說話人辨認(rèn)、說話人確認(rèn)、語音郵件、語音存儲(chǔ)、揚(yáng)聲器檢驗(yàn)、文本轉(zhuǎn)語音等。52消費(fèi)電子正在全面數(shù)字化，現(xiàn)在音頻廣播，電視廣播

25、也在向數(shù)字化邁進(jìn)，HDTV接收機(jī)、SDTV電視機(jī)、機(jī)頂盒及數(shù)字廣播收音機(jī)等已經(jīng)或都將進(jìn)入市場(chǎng)。MP3播放機(jī)方興未艾。在國外，電子產(chǎn)品約占整車費(fèi)用的30%，在中國目前只占到整車費(fèi)用的15%-20%。汽車電子包括汽車上的娛樂裝置，遠(yuǎn)程信息處理和自動(dòng)控制裝置，這些設(shè)備都離不開DSP。 53（4）軍事 如保密通信、雷達(dá)處理、聲納處理、圖像處理、射頻調(diào)制解調(diào)、導(dǎo)航、導(dǎo)彈制導(dǎo)等。（5）圖形與圖像 如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強(qiáng)、動(dòng)畫與數(shù)字地圖、機(jī)器人視覺、模式識(shí)別、工作站等。（6）儀器儀表 如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)、地震處理、數(shù)字濾波、模式匹配、暫態(tài)分析等。54（7）自動(dòng)控制 如引擎控

26、制、聲控、機(jī)器人控制、磁盤控制器、激光打印機(jī)控制、電動(dòng)機(jī)控制等。（8）醫(yī)療 助聽器、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護(hù)、胎兒監(jiān)控、修復(fù)手術(shù)等。（9）家用電器 如高保真音響、音樂合成、音調(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電話與電視、電動(dòng)工具、固態(tài)應(yīng)答機(jī)等。（10）汽車 如自適應(yīng)駕駛控制、防滑制動(dòng)器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、導(dǎo)航及全球定位、振動(dòng)分析、防撞雷達(dá)等。55DSP產(chǎn)業(yè)鏈 DSP的發(fā)展己有25年歷史了，DSP芯片己達(dá)到相當(dāng)高的水平，現(xiàn)在國際上已形成包括DSP芯片設(shè)計(jì)、制造，DSP開發(fā)工具研制生產(chǎn)、應(yīng)用和咨詢共同組成的產(chǎn)業(yè)鏈。全球有5萬多客戶選用TI定制的軟件開發(fā)環(huán)境，使他們能非常容易地將DSP結(jié)合到他們的系統(tǒng)中去。圍繞

27、DSP周邊的業(yè)務(wù)就由許許多多的稱為第三方(T hird Party ) 的小公司承擔(dān)，TI的 Third Party 有650多家公司，他們生產(chǎn)數(shù)千種基于DSP的產(chǎn)品。56DSP產(chǎn)業(yè)鏈圍繞DSP芯片產(chǎn)業(yè)化可以成立公司的業(yè)務(wù)很多，概括起來有以下一些：DSP開發(fā)工具：如各種仿真軟件、調(diào)試軟件、硬件仿真器、評(píng)估板、初學(xué)者實(shí)驗(yàn)套件、教學(xué)套件等。DSP應(yīng)用軟件：符合各種國際和區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)的語音、圖像、視頻、數(shù)據(jù)通信等DSP軟件。例如不少公司從事 ITU - T G.系列語音壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的DSP編程，如 G.711 、 G.722 、 G.726 、 G.728 、 G.723 、 G.729 等。音頻編碼

28、有MPEG1，2，4的MP3、AAC， Dolb y 的AC-3等。圖像編碼有JPEG、J PEG2000 、 H.261 、 H.263 、 H.264 。數(shù)據(jù)通信，如各種傳輸速率的 Modem 、xDSL、 Cable Modem ，回聲抵消、DTMF等都有很大的市場(chǎng)。 57DSP產(chǎn)業(yè)鏈DSP電路板卡：在實(shí)際應(yīng)用中需要專門的DSP硬件電路板卡，利用這些板卡可以進(jìn)行二次應(yīng)用開發(fā)。例如很多語音信箱供應(yīng)商就是購買DSP語音壓縮卡做的產(chǎn)品，很多為廣播電臺(tái)提供音頻工作站的供應(yīng)商就要購買DSP音頻壓縮卡，如做視頻監(jiān)控系統(tǒng)的就必須購買DSP圖像壓縮卡等等。DSP應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)：GSM手機(jī)、MP3播放機(jī)、數(shù)

29、碼相機(jī)、空調(diào)、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙、PDA等。DSP咨詢：國外有一些DSP的咨詢公司，他們起到DSP用戶和DSP芯片供應(yīng)商、DSP第三方之間的橋梁作用，也會(huì)為客戶提供設(shè)計(jì)、提供軟件和硬件及出版資料圖書，有些還辦培訓(xùn)班。58DSP產(chǎn)業(yè)鏈中國電子信息產(chǎn)品市場(chǎng)對(duì)DSP的需求穩(wěn)定增長(zhǎng)，今后五年我國DSP市場(chǎng)銷售額仍會(huì)保持年平均28%以上的復(fù)合增長(zhǎng)率，中國已成為了DSP芯片的最大市場(chǎng)，數(shù)碼相機(jī)、IP電話和手持電子設(shè)備的熱銷帶來了對(duì)DSP芯片的巨大需求。目前，中國DSP市場(chǎng)的主要應(yīng)用集中在移動(dòng)電話領(lǐng)域，然而隨著DSP對(duì)數(shù)字信號(hào)高速運(yùn)算與同步處理能力的提高，DSP的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅饾u擴(kuò)展到新型數(shù)字消費(fèi)類產(chǎn)品領(lǐng)域。D

30、SP芯片在數(shù)字消費(fèi)類產(chǎn)品中主要從事圖像壓縮與傳輸?shù)葓D像信號(hào)的處理，語音的編碼、合成、識(shí)別及高保真等語音信號(hào)的處理及通信信號(hào)的調(diào)制解調(diào)、加密、多路復(fù)用、擴(kuò)頻、糾錯(cuò)編碼等處理。 59 2.3 DSP的開發(fā) DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路輸入抗混疊濾波器A/DD/ADSP芯片平滑濾波器輸出典型的DSP系統(tǒng)601.總體方案設(shè)計(jì) DSP應(yīng)用定義系統(tǒng)性能指標(biāo)選擇DSP芯片軟件編程硬件設(shè)計(jì)軟件調(diào)試硬件調(diào)試系統(tǒng)集成系統(tǒng)調(diào)試DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)前：明確設(shè)計(jì)任務(wù) 給出設(shè)計(jì)任務(wù)書 功能描述準(zhǔn)確 功能描述清楚 描述的方式 人工語言 流程圖 算法描述 將設(shè)計(jì)任務(wù)書轉(zhuǎn)化為量化的技術(shù)指標(biāo)。 61技術(shù)指標(biāo)的確定 系統(tǒng)采樣頻率 信號(hào)頻率 最復(fù)

31、雜的算法所需最大時(shí)間 對(duì)實(shí)時(shí)程度的要求 片內(nèi)、外RAM的容量 數(shù)量及程序的長(zhǎng)短16、32位定點(diǎn)、浮點(diǎn)運(yùn)算 系統(tǒng)所要求的精度輸入輸出端口要求計(jì)算、控制選定DSP芯片型號(hào) 62成本供貨能力技術(shù)支持開發(fā)系統(tǒng)體積功耗工作環(huán)境溫度DSPA/DD/ARAM性能指標(biāo)其它因素的考慮63總體設(shè)計(jì) 算法仿真高級(jí)語言Matlab最佳算法初步參數(shù)軟件系統(tǒng)初步分工硬件642. 軟件設(shè)計(jì)階段 源程序匯編器匯編目標(biāo)文件鏈接器連接 調(diào)試器調(diào)試代碼轉(zhuǎn)換C語言匯編語言混合語言代碼寫入EEPROM可執(zhí)行文件軟件仿真反復(fù) 653. 硬件設(shè)計(jì)階段 硬件實(shí)現(xiàn)方案確定最優(yōu)硬件實(shí)現(xiàn)方案畫出硬件系統(tǒng)框圖性能指標(biāo)工期成本等器件的選型DSP芯片、

32、A/DD/A、內(nèi)存、電源、邏輯控制、通信、人機(jī)接口、總線等66DSP芯片 根據(jù)是用于控制還是計(jì)算目的，選擇：不同的廠商不同系列不同工作頻率不同工作電壓不同工作溫度采用定點(diǎn)或浮點(diǎn)型芯片 器件的選型原則67A/D變換 根據(jù)采樣頻率、精度：確定A/D型號(hào)是否要求片上自帶采樣保持器多路器基準(zhǔn)電源等。 器件的選型原則D/A變換根據(jù)信號(hào)頻率、精度： 是否要求基準(zhǔn)電源多路器輸出運(yùn)放等。 68存儲(chǔ)器RAM、EPROM（或EEPROM、Flash Memory），主要考慮：工作頻率內(nèi)存容量位長(zhǎng)（8位/16位/32位）接口方式（串行/并行）、工作電壓（5V/3.3V或其他）。器件的選型原則69邏輯控制先確定所用器

33、件，如PLD、EPLD或FPGA；再根據(jù)自己的特長(zhǎng)和公司芯片的特點(diǎn)決定采用哪家公司的哪一系列產(chǎn)品；最后根據(jù)DSP芯片的頻率決定芯片的工作頻率，并以此來確定使用的芯片。 器件的選型原則70通信接口根據(jù)與其他系統(tǒng)通信的速率決定采用的通信方式：串口并口總線器件的選型原則71總線選擇根據(jù)使用場(chǎng)合、數(shù)據(jù)傳輸速率的高低（總線寬度、頻率高低、同步方式等）選擇：PCIISA現(xiàn)場(chǎng)總線器件的選型原則72人機(jī)接口可以通過單片機(jī)構(gòu)成通信，也可在DSP的基礎(chǔ)上直接構(gòu)成。鍵盤顯示器等 器件的選型原則電源選取主要考慮電壓的高低和電壓的大小。電壓高低要匹配電流容量要足夠73必須清楚了解器件的使用和系統(tǒng)的開發(fā)，對(duì)于關(guān)鍵環(huán)節(jié)要做仿真。 原理圖設(shè)計(jì) PCB板設(shè)計(jì) 要求DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員既要熟悉系統(tǒng)工作原理，又要清楚布線工藝和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 軟、硬件調(diào)試 借助仿真工具或開發(fā)工具進(jìn)行軟、硬件仿真調(diào)試時(shí)，往往要反復(fù)多次調(diào)試。744. 系統(tǒng)集成 系統(tǒng)集成：是將軟硬件結(jié)合