应电12级DSP第一章概论.ppt

DSP原理与应用 应电12级 应用电子技术专业 DSP原理及应用 2 张松林实字4号楼502songlinz 13462240030 应用电子技术专业 DSP原理及应用 3 前导课程 高等数学 单片机原理 信号与系统 数字信号处理等理论教学 40学时实验 20学时 应用电子技术专业 DSP原理及应用 4 DSP与DSP技术 DSP DigitalSignalProcessing 数字信号处理的理论和方法 DSP DigitalSignalProcessor 用于数字信号处理的可编程微处理器 DSP技术 DigitalSignalProcess 是利用专门或通用数字信号处理芯片 通过数字计算的方法对信号进处理的方法与技术 应用电子技术专业 DSP原理及应用 5 处理器的发展方向 上个世纪70年代 大规模集成电路的发展导致了微处理器的产生GPP General PurposeProcessor MCU SingleChipMicrocomputer MicroControllerUnit DSP DigitalSignalProcessor 应用电子技术专业 DSP原理及应用 6 信息化的基础是数字化数字化的核心技术之一是数字信号处理数字信号处理的任务 特别是实时处理的任务 在很大程度上需要由DSP器件或以DSP为核心的ASIC 专用集成电路 来完成DSP技术已成为人们日益关注的并得到迅速发展的前沿技术 应用电子技术专业 DSP原理及应用 7 移动通信系统 应用电子技术专业 DSP原理及应用 8 应用电子技术专业 DSP原理及应用 9 手机已不仅仅是通话的工具 4G 应用电子技术专业 DSP原理及应用 10 应用电子技术专业 DSP原理及应用 11 VOIP VoIP VoiceoverInternetProtocol 简而言之就是将模拟声音讯号 Voice 数字化 以数据封包 DataPacket 的型式在IP数据网络 IPNetwork 上做实时传递 VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境 提供比传统业务更多 更好的服务 通话质量受到网络好坏的影 停电时候无法使用 清晰度与传统的固话有差距 存在被偷听偷录的风险 VoIP是一种以IP电话为主 并推出相应的增值业务的技术 VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境 提供比传统业务更多 更好的服务 VoIP相对比较便宜 为什么 VoIP电话不过是互联网上的一种应用 网络电话不受管制 因此 从本质上说 VoIP电话与电子邮件 即时讯息或者网页没有什么不同 它们均能在经过了互联网连接的机器间进行传输 这些机器可以是电脑 或者无线设备 比如手机或者掌上设备等等 应用电子技术专业 DSP原理及应用 12 HFC HybridFiber Coaxial 综合数字服务宽带网接入技术 HFC即HybridFiber Coaxial的缩写 是光纤和同轴电缆相结合的混合网络 HFC通常由光纤干线 同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成 从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输 到用户区域后把光信号转换成电信号 经分配器分配后通过同轴电缆送到用户 它与早期CATV同轴电缆网络的不同之处主要在于 在干线上用光纤传输光信号 在前端需完成电 光转换 进入用户区后要完成光 电转换 HFC的主要特点是 传输容量大 易实现双向传输 从理论上讲 一对光纤可同时传送150万路电话或2000套电视节目 频率特性好 在有线电视传输带宽内无需均衡 传输损耗小 可延长有线电视的传输距离 25公里内无需中继放大 光纤间不会有串音现象 不怕电磁干扰 能确保信号的传输质量 应用电子技术专业 DSP原理及应用 13 ADSL AsymmetricDigitalSubscriberLine 非对称的数字用户线 应用电子技术专业 DSP原理及应用 14 数字照相机 应用电子技术专业 DSP原理及应用 15 数字相机框图 应用电子技术专业 DSP原理及应用 16 汽车多媒体系统 应用电子技术专业 DSP原理及应用 17 存储器 应用电子技术专业 DSP原理及应用 18 应用电子技术专业 DSP原理及应用 19 家庭影院 应用电子技术专业 DSP原理及应用 20 飞机驾驶模拟器 应用电子技术专业 DSP原理及应用 21 全球定位系统 GPS 应用电子技术专业 DSP原理及应用 22 雷达 声纳 应用电子技术专业 DSP原理及应用 23 巡航导弹 应用电子技术专业 DSP原理及应用 24 F117发射激光制导灵巧炸弹 应用电子技术专业 DSP原理及应用 25 美国海军EP 3电子侦察机 应用电子技术专业 DSP原理及应用 26 2001年4月1日 美国一架海军EP 3侦察机在中国海南岛东南海域上空活动 中方两架军用飞机对其进行跟踪监视 上午9时07分 当中方飞机在海南岛东南104公里处飞行时 美机突然向中方飞机转向 其机头和左翼与中方一架飞机相撞 致使中方飞机坠毁 飞行员王伟失踪 美机未经中方允许 进入中国领空 并于9时33分降落在海南岛陵水机场 具体见相关资料 应用电子技术专业 DSP原理及应用 27 2001年4月9日 美国间谍卫星拍摄的陵水机场的照片 应用电子技术专业 DSP原理及应用 28 图像识别 应用电子技术专业 DSP原理及应用 29 图像鉴别 应用电子技术专业 DSP原理及应用 30 还可以举出很多例子 医院用的B超 CT 核磁共振卫星遥感遥测天气预报 地震预报 地震探矿风洞试验数字化士兵 数字化战争 DSP的应用领域取决于设计者的想象空间 应用电子技术专业 DSP原理及应用 31 数字化决定未来 程控交换机取代模拟交换机GSM和CDMA取代模拟移动通信系统数字相机普及 胶卷行业和洗印业 数字化电视将取代模拟电视 从根本上说 以计算机为中心的技术革命正在改变着工业 农业 科学技术 教育 国防的面貌 正在改变人们的生活习惯乃至思维习惯 应用电子技术专业 DSP原理及应用 32 信号处理的发展 现代信号处理的标志傅立叶变换 19世纪初叶 应用电子技术专业 DSP原理及应用 33 信号处理的发展 信号分析 加深对信号特性的了解例 a 用频谱仪分析信号 了解其频谱分布 噪声 杂散等b 技术监督部门用以检查商品质量的各种手段 应用电子技术专业 DSP原理及应用 34 信号处理的发展 信号处理 改变信号的某些性能例 a 信号的编码 解码 调制 解调 压缩 解压 扩频 解扩等b 电视信号的调制是信号处理的杰作 调频的伴音副载频 彩色副载频 残留边带调制 应用电子技术专业 DSP原理及应用 35 为什么要采用数字信号处理 1 灵活性模拟处理系统 修改硬件设计 或调整硬件参数 数字处理系统 改变软件设置 例 模拟滤波器 数字滤波器 自适应滤波器 应用电子技术专业 DSP原理及应用 36 为什么要采用数字信号处理 2 精度模拟处理系统 元器件精度数字处理系统 A D的位数和计算机字长 算法 应用电子技术专业 DSP原理及应用 37 为什么要采用数字信号处理 3 可靠性和可重复性模拟系统 受环境温度 湿度 噪声 电磁场等的干扰和影响大数字系统 可靠性和可重复性好 应用电子技术专业 DSP原理及应用 38 可重复性 应用电子技术专业 DSP原理及应用 39 抗噪声干扰 应用电子技术专业 DSP原理及应用 40 为什么要采用数字信号处理 4 大规模集成模拟系统 尽管已有一些模拟集成电路 但品种较少 集成度不高 价格较高数字系统 DSP体积小 功能强 功耗小 一致性好 使用方便 性能 价格比高 应用电子技术专业 DSP原理及应用 41 模拟信号处理是不可缺少的 5 实时性模拟系统 除开电路引入的延时外 处理是实时的数字系统 由计算机的处理速度决定 应用电子技术专业 DSP原理及应用 42 模拟信号处理是不可缺少的 6 高频信号的处理模拟系统 可以处理包括微波毫米波乃至光波信号数字系统 按照奈奎斯特准则的要求 受S H A D和处理速度的限制 应用电子技术专业 DSP原理及应用 43 模拟信号处理是不可缺少的 7 模拟与数字信号的转换现实世界的信号绝大多数是模拟的 温度 速度 压力等 转换成的电信号也是模拟的 电流 电压等 要实现数字处理 就必须进行转换 应用电子技术专业 DSP原理及应用 44 DSP信号流图 应用电子技术专业 DSP原理及应用 45 数字信号处理方案 应用电子技术专业 DSP原理及应用 46 应用电子技术专业 DSP原理及应用 47 应用电子技术专业 DSP原理及应用 48 市场对DSP工程师的需求急剧增大 应用电子技术专业 DSP原理及应用 49 2 CPU MCU DSP区别与联系20世纪70年代微处理器问世以来 一直沿着3个方向发展 这三类微处理器各有其特点 虽然在技术上不断借鉴和交融 但又有各自不同的应用领域 CPU 微型计算机中央处理器 如 奔腾等 MCU 单片微型计算机 如MCS 51 MCS 96等 DSP 可编程的数字信号处理器 应用电子技术专业 DSP原理及应用 50 3 DSP技术发展的两个领域 理论 数字信号处理的理论和方法近年来得到迅速的发展 为各种实时处理的应用提供了方法基础 如 声音图像压缩编码 加密解密 调制解调 智能天线 应用 为了满足市场需求 随着微电子科学与技术的进步 DSP的性能在迅速提高 如 时钟频率达到1 1GHZ 处理速度每秒90亿次 32位浮点运算 吞吐率达到2Gbit s 两者关系 理论推动了应用 应用促进理论的发展 应用电子技术专业 DSP原理及应用 51 4 DSP的理论基础它以众多的经典理论体系作为自己的理论基础 同时它又是新兴学科理论基础 经典理论体系 微积分 概率统计 随机过程 数值分析 网络理论 通信理论 控制论 新兴学科 人工智能 模拟识别 神经网络 应用电子技术专业 DSP原理及应用 52 5 DSP的实现方法 PC机软件实现 C语言 MATLAB语言等 主要用于DSP算法的模拟与仿真 验证算法的正确性和性能 优点是灵活方便 缺点是速度较慢 PC机 专用处理机 专用性强 应用受到很大的限制 不便于系统的独立运行 通用单片机 51 96系列等 适用于简单的DSP算法 完成一些不太复杂的数字信号处理任务 如数字控制等 专用DSP芯片 特殊功能 如 FFT 数字滤波 卷积 相关等算法 这种芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现 无须进行编程 处理速度极高 但专用性强 应用受到限制 通用可编程DSP芯片 具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源 可用于复杂的数字信号处理算法 特点是灵活 速度快 可实时处理 应用电子技术专业 DSP原理及应用 53 6 DSP系统的特点 与模拟信号处理系统相比 接口简单 方便 电气特性简单 数据流采用标准协议 精度高 抗干扰能力强 稳定性好 仅受量化误差 有限字长影响 信噪比高 器件性能影响小 编程方便 易于实现复杂算法 含自适应算法 DSP芯片提供高速计算平台 可实现复杂的信号处理 可程控 当系统的功能和性能发生改变时 不需要重新设计 装配 调试 如 数字滤波 低通 高通 带通 软件无线电 不同工作模式电台通信 虚拟仪器 滤波器 频谱仪等 集成方便 因为DSP芯片内除DSP芯片还有一定的外围电路 应用电子技术专业 DSP原理及应用 54 1 2可编程DSP芯片 1 DSP芯片的结构特点 1 改进的哈佛结构 应用电子技术专业 DSP原理及应用 55 2 多总线结构多总线结构可以保证在一个机器周期内多次访问程序空间和数据空间 如 TMS320C54x内部有P C D E4条总线 每条总线又包括地址总线和数据总线 可以在一个机器周期内从程序存储器取1条指令 从数据存储器读2个操作数和向数据存储器写1个操作数 大大提高了DSP的运行速度 应用电子技术专业 DSP原理及应用 56 3 流水线技术DSP处理器流水线技术是将各指令的各个步骤重叠起来执行 而不是一条指令执行完成之后 才开始执行下一条指令 应用电子技术专业 DSP原理及应用 57 4 多处理单元DSP内部一般包括多个处理单元 如算术逻辑运算单元 ALU 辅助寄存器运算单元 ARAU 累加器 ACC 及硬件乘法器 MUL 等 它们可以在一个指令周期内同时进行运算 多处理单元结构 特别适用于大量乘加操作的矩阵运算 滤波 FFT Viterbi译码等 应用电子技术专业 DSP原理及应用 58 5 指令周期短 功能强采用4 mNMOS制造工艺 其运算速度为5MIPS 每秒执行百万条指令 采用亚微米CMOS制造工艺 其运行速度更快 TMS320C54x 运行速度可达100MIPS TMS320C6203的时钟为300MHz 运行速度达到2400MIPS DSP指令功能强大 一条特殊指令可完成十分复杂的功能 如 TMS320C54x中的FIRS和LMS指令 分别用于系数对称的FIR滤波器和LMS算法 应用电子技术专业 DSP原理及应用 59 6 运算精度高早期DSP的字长为8位 后来逐步提高到16位 24位 32位 为防止运算过程中溢出 有的累加器达到40位 浮点DSP提供了更大的动态范围 如TMS320C3x TMS320C4x ADSP21020等 应用电子技术专业 DSP原理及应用 60 7 丰富的外设片内具有主机接口 HPI 直接存储器访问控制器 DMAC 外部存储器扩展口 串行通信口 中断处理器 锁相环时钟产生器测绘访问口 实现符合IEEE1149 1标准在片仿真 应用电子技术专业 DSP原理及应用 61 8 功耗低一般DSP芯片功耗为0 5 4W 采用低功耗技术的DSP芯片只有0 1W 电池供电 如 TMS3205510仅0 25mW 特别适用于便携式数字终端 应用电子技术专业 DSP原理及应用 62 DSP最重要的特点 特殊的内部结构 强大的信息处理能力及较高的运行速度 DSP芯片是高性能系统的核心 DSP能实时处理大量数据 特别是在声音 图像等不允许时间延迟领域的应用十分理想 如 DSP已成了全球70 数字电话的 心脏 同时DSP在网络领域也有广泛的应用 应用电子技术专业 DSP原理及应用 63 2 DSP芯片的分类 1 按用途分类通用型DSP芯片 本课程主要讨论的芯片 一般指可以用指令编程的DSP芯片 适合普通的DSP应用 如TI公司的一系列DSP芯片属于通用型DSP芯片 专用型DSP芯片为特定的DSP运算而设计 如数字滤波 卷积和FFT等 通过加载数据 控制参数或在管脚上加控制信号的方法使其具有有限的可编程能力 如Motorola公司的DSP56200 应用电子技术专业 DSP原理及应用 64 2 DSP芯片的分类 2 按数据格式分定点DSP数据以定点格式工作的DSP芯片称为定点DSP芯片 该芯片简单 成本较低 两种基本表示方法 整数表示方法 主要用于控制操作 地址计算和其他非信号处理的应用 小数表示方法 主要用于数字和各种信号处理算法的计算中 定点表示并不意味着一定是整数表示 浮点DSP数据以浮点格式工作的DSP芯片称为浮点DSP芯片 该芯片运算精度高 运行速度快 浮点数在运算中 表示数的范围由于其指数可自动调节 因此可避免数的规格化和溢出等问题 但浮点DSP一般比定点DSP复杂 成本较高 应用电子技术专业 DSP原理及应用 65 3 DSP芯片的发展及趋势 1 DSP芯片的发展历程 1978年第一片DSP诞生S2811 Microsystems公司AMI子公司 1986年以来得到突飞猛进的发展 现今 生产DSP厂家80多个 品种300多种 TI公司市场份额 60 AD公司市场份额 15 Motorola市场份额 10 Lucent市场份额 5 应用电子技术专业 DSP原理及应用 66 应用电子技术专业 DSP原理及应用 67 ANALOGDEVICESANDINTELTODEVELOPDIGITALSIGNALPROCESSINGTECHNOLOGY SANTACLARA Calif Feb 3 1999 IntelCorporationandAnalogDevices Inc announcedtodaythattheyhavesignedajointdevelopmentagreementtodesignaDigitalSignalProcessing DSP corearchitecture whichwillresultinafixed point low powerDSPcoreidealforprocessingvideo image voiceanddatainemergingembeddedcommunicationsandinternetappliances 应用电子技术专业 DSP原理及应用 68 应用电子技术专业 DSP原理及应用 69 应用电子技术专业 DSP原理及应用 70 应用电子技术专业 DSP原理及应用 71 应用电子技术专业 DSP原理及应用 72 应用电子技术专业 DSP原理及应用 73 应用电子技术专业 DSP原理及应用 74 2 TI公司DSP芯片简介 第一代 TMS32010及其系列产品 1982年 第二代 TMS32020 TMS320C25 C26 C28 第三代 TMS320C30 C31 C32 第四代 TMS320C40 C44 第五代 TMS320C50 C51 C52 C53 C54和集多个DSP于一体的高性能DSP芯片TMS320C80 C82等 第六代 TMS320C62x C67x等 应用电子技术专业 DSP原理及应用 75 3 国内DSP的发展概况 1983年引进 TMS32010 我国DSP产品主要来自海外 TI公司的产品约占国内DSP市场的90 其余为Lucent AD Motorola ZSP和NEC等公司 现状 DSP开发工具 DSP硬件平台开发 DSP应用软件开发 国内较知名的公司 北京 闻亭 合众达 等 应用电子技术专业 DSP原理及应用 76 国内引入的主流产品 TMS320F2407 电机控制 TMS320C5409 信息处理 TMS320C6201 图像处理 应用电子技术专业 DSP原理及应用 77 4 DSP芯片的应用 通用数字信号处理 滤波 自适应 卷积 FFT 希伯特变换 频谱分析等 语音识别与处理 语音编码 会议 识别 信箱等 图形 图像处理 二维 三维图形变换 模式识别 图像识别 电子地图 机器人视觉等 仪器仪表 函数发生器 数据采集等 自动控制 机器人控制 发动机控制 升空作业等 医学工程 心 脑电图 监护 超声 X 射线扫描等 家用电器 HDTV 高清度电视 高保真音响 数字电话 电子玩具等 通信 纠错编 译码 自适应均衡 回波抵消 同步 分集接收 数字调制 解调 扩频通信 软件无线电等 计算机 阵列处理器 图形加速器 工作站和多媒体计算机等 国防军事 雷达与声呐信号处理 导航 导弹制导 保密通信 全球定位 电子对抗 情报收集与处理等 应用电子技术专业 DSP原理及应用 78 TI公司常用的DSP芯片可以归纳为三大系列 TMS320C2000系列 TMS320C2xx C24x C28x等 TMS320C5000系列 TMS320C54x C55x等 TMS320C6000系列 TMS320C62x C67x C64x 说明 同一代TMS320系列DSP产品的CPU结构是相同的 但其片内存储器及外设电路的配置不一定相同 一些派生器件 诸如片内存储器和外设电路的不同组合 满足了世界电子市场的各种需求 应用电子技术专业 DSP原理及应用 79 1 3TMS320系列DSP概述 1 C2000系列简介 TMS320C2000系列DSP控制器 具有很好的性能 集成了Flash存储器 高速A D CAN模块等 C2000系列DSP芯片价格低 具有较高的性能和适用于数字化控制领域的功能 因此在工业自动化 电动机控制 家用电器和消费电子等领域得到广泛应用 TI目前主推C24x和C28x两个子系列 C24x系列 20MIPS或以上 比传统的16位MCU的性能要高出很多 使用DSP后 可以应用自适应控制 Kalman滤波 状态控制等先进的控制算法 使控制系统的性能大大提高 C28x系列 用于数字控制领域性能最好的DSP芯片 采用32位的定点DSP核 最高速度可达400MIPS 可以在单个指令周期内完成32 32位的乘累加运算 具有增强的电机控制外设 高性能A D和改进的通信接口 8GB的线性地址空间 低压供电 3 3V外设 1 8VCPU核 应用电子技术专业 DSP原理及应用 80 2 C5000系列简介C5000系列DSP芯片包括C54x和C55x两大类 C54x 具有高度的操作灵活性和运行速度 其结构采用改进的哈佛结构 具有专用硬件逻辑的CPU 片内存储器 片内外设 以及一个效率很高的指令集 16位定点DSP 适应远程通信等实时嵌入式应用的需要 本课程将以C54x为主介绍DSP技术 C55x 是C5000系列DSP中的子系列 是从C54x发展起来的 并与之原代码兼容 C55x工作在0 9V时 功耗低至0 005mW MIPS 工作在400MHz钟频时 可达800MIPS 和120MHz的C54相比 300MHz的C55x性能提高5倍 功耗为C54系列的1 6 因此 C55x非常适合个人的和便携式的应用 以及数字通信设施的应用 应用电子技术专业 DSP原理及应用 81 举例 DSP在手机中的应用 1 2G手机 基带体系结构由两部分组成DSP MCUDSP 早期的2G手机中 这些功能由C54X实现 工作频率约40MHZ 2 5G手机中 这些功能由C55X实现 工作频率约 100MHZ 应用电子技术专业 DSP原理及应用 82 MCU 负责支持手机的用户界面 并处理通信协议栈中的上层协议芯片 32位RISC内核 ARM7TDMI f 10MHZ 40MHZ 2 5G 应用电子技术专业 DSP原理及应用 83 2 2 5G手机 典型例子 GPRS 通用分组无线业务 利用多个GSM时隙 通过分组交换 始终在线的信道 可以为用户提供高达155kbps的数据传输速率 3G室内达2Mbps 3 3G手机 将实时通信功能与用户交互式应用分开 实现多媒体通信 开放式多媒体应用平台OMAP 含多个DSP MCU 动态的应用环境 可不断将新的应用软件下栽到DSP MCU内 应用电子技术专业 DSP原理及应用 84 3 C6000系列简介TMS320C6000系列是TI公司从1997年推出 采用TI的专利技术VeloiTI和新的超长指令字结构 性能达到很高的水平 第一款芯片C6201 在200MHz钟频时 达到1600MIPS 2000年以后推出的C64x 在钟频1 1GHz时 可以达到8800MIPS以上 即每秒执行近90亿条指令 片内DMA引擎和64个独立的通道 使其I O带宽达到2GB s 应用电子技术专业 DSP原理及应用 85 C6000推出了C62x C67x C64x等3个子系列 C62x是TI公司于1997年开发的一种新型定点DSP芯片 可同时执行8条指令 其运算能力可达2400MIPS C67x是一种新型浮点DSP芯片 可同时执行8条指令 其运算能力可达1GFLOPS C64x是C6000系列中最新的高性能定点DSP芯片 可以提供超过2GB s的持续带宽 与C62x相比 C64x的总性能提高了10倍 应用电子技术专业 DSP原理及应用 86 TMS320C6000系列主要应用1 数字通信适合于FFT IFFT Read Solomon编解码 循环回声综合滤波器 星座编解码 卷积编码 Viterbi解码等信号处理算法的实时实现 如 ADSL 非对称数字用户线 线缆调制解调器 cablemodem 移动通信 移动电话基站 3G基站里的收发器 智能天线 2 图像处理C6000系列DSP广泛地应用在图像处理领域 例如 数字电视 数字照相机与摄像机 打印机 数字扫描仪 雷达 声呐及医用图像处理等 在这些应用中 DSP用来做图像压缩 图像传输 模式及光学特性识别 加密 解密及图像增强等 应用电子技术专业 DSP原理及应用 87 1 4DSP系统设计概要 1 DSP系统设计过程 应用电子技术专业 DSP原理及应用 88 1 算法研究与优化 根据系统需求进行算法仿真和高级语言 如MATLAB 模拟实现 通过仿真验证算法的正确性 精度和效率 以确定最佳算法 并初步确定相应的参数 核算算法需要的DSP处理能力 一是选择DSP的重要因素 另一影响目标板的DSP结构 如采用单DSP还是多DSP 并行结构还是串行结构等 优化算法 一方面提高算法的效率 另一方面使算法更加适合DSP的体系结构 如对算法进行并行处理的分解或流水处理的分解等 以便获得运算量最小和使用资源最少的算法 应用电子技术专业 DSP原理及应用 89 2 DSP芯片及外围芯片的确定根据算法的运算速度 精度和存储要求等参数选择DSP芯片及外围芯片 每种DSP芯片都有它特别适合处理的领域 如 TMS320C54x系列适合通信领域的应用 对Vertbi译码 FFT等算法的支持 保证了通信信号处理算法的实现效率 TMS320C24xx系列适合家电产品领域 不论是对算法的支持 存储器配置 还是外设支持 都能充分保证应用的效率 应用电子技术专业 DSP原理及应用 90 3 软硬件设计阶段 三步 按选定的算法和DSP芯片对系统的各项功能进行软硬件分工 如FFT 数字上 下变频器 RAKE分集接收是否需要专门芯片或FPGA芯片实现 译码判决算法是用软件判决还是硬件判决等 根据系统技术指标进行硬件设计 完成DSP芯片外围电路和其他电路 如转换 控制 存储 输出输入等电路 的设计 根据系统技术指标要求和所确定的硬件编写相应的DSP汇编程序 完成软件设计 在实际应用系统中常常采用高级语言和汇编语言的混合编程方法 即在算法运算量大的地方 用手工编写的方法编写汇编语言 而运算量不大的地方则采用高级语言 应用电子技术专业 DSP原理及应用 91 4 硬件和软件调试阶段 硬件调试 一般采用硬件仿真器进行 软件调试 一般借助DSP开发工具 如软件模拟器 DSP开发系统或仿真器 进行 通过比较在DSP上执行的实时程序和模拟程序执行情况来判断软件设计是否正确 应用电子技术专业 DSP原理及应用 92 5 系统集成与测试阶段系统软硬件分别调试完成后 可以将软件脱离开发系统而直接在应用系统上运行 评估是否完成设计目标 将模拟算法移植到实时系统后 算法是否能够实时运行要进行测试 如果算法运算量太大而不能在硬件上实时运行 则必须重新修改或简化算法 应用电子技术专业 DSP原理及应用 93 2 DSP芯片的选择 考虑因素 1 DSP芯片的运算速度首先由输入信号的频率范围确定系统的最高采样频率 再根据算法的运算量和实时处理限定的完成时间确定DSP运算速度的下限 DSP芯片运算速度主要衡量指标 指令周期 MAC时间 FFT执行时间 MIPS 即每秒执行百万条指令 应用电子技术专业 DSP原理及应用 94 2 DSP芯片的运算精度 由系统所需要的精度确定是采用定点还是浮点运算 大多数定点DSP都采用16位数据格式 除少数DSP处理器采用20位 24位或32位的格式外 实际应用的DSP处理器绝大多数是定点处理器 浮点DSP的数据格式多数为32位 数据总线 寄存器 存储器等的宽度也相应是32位 在实时性要求很高的场合 往往考虑使用浮点DSP处理器 应用电子技术专业 DSP原理及应用 95 3 片内硬件资源 由系统数据量的大小确定所使用的片内RAM及需要扩展的RAM 根据系统用途 计算 控制 确定I O接口的多少 不同DSP芯片提供的硬件资源不同 如片内RAM 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 同一系列的 如TI的C54x系列 不同型号DSP芯片具有不同的内部硬件资源 以适应不同的需要 在一些特殊的控制场合有一些专门的芯片可供选用 如TMS320C2xx系列自身带有2路A D输入和6路PWM输出及强大的人机接口 特别适合于电动机控制场合 应用电子技术专业 DSP原理及应用 96 4 DSP芯片的功耗及价格 某些DSP应用场合 功耗是一个很重要的问题 如便携式的DSP设备 手持设备 手机 和野外应用的DSP设备 对功耗都有特殊的要求 在选择DSP芯片时一定要考虑其性能价格比 如应用于民用品或批量生产的产品中就需要较低廉的价格 注 在开发阶段可选择性能高 价格稍贵的DSP芯片 等开发完成后 会具有较高的性价比 DSP芯片发展迅速 价格不断下降 应用电子技术专业 DSP原理及应用 97 5 DSP芯片的开发工具快捷 方便的开发工具和完善的软件支持是开发大型复杂DSP系统必备的条件 常用的软硬件开发工具 Simulator软件仿真器 Emulator在线仿真器和C编译器等 如TI公司的CCS集成开发环境 XDSP实时软件技术等 为用户快速开发实时高效的应用系统可提供巨大帮助 应用电子技术专业 DSP原理及应用 98 6 其他因素除了上述因素外 选择DSP芯片还应考虑到以下因素 封装的形式 DIP PGA PLCC PQFP等 质量标准 工业级或军用级标准 供货情况 如果所设计的DSP系统不仅仅是一个实验系统 而是需要批量生产并可能有几年甚至十几年的生命周期 那么需要考虑所选的DSP芯片供货情况如何 生命周期 应用电子技术专业 DSP原理及应用 99 确定DSP的运算量是非常重要的 考虑两种情况 1 按样点处理所谓按样点处理 就是DSP算法对每一个输入样点循环一次 数字滤波就是这种情况 在数字滤波器中 通常需要对每一个输入样点计算一次 2 按帧处理有些数字信号处理算法不是每个输入样点循环一次 而是每隔一定的时间间隔 通常称为帧 循环一次 应用电子技术专业 DSP原理及应用 100 3 DSP应用系统的开发工具 设计人员在为实时系统选择处理器时 都极为看重先进的 易于使用的开发环境与工具 DSP厂商及第三方公司为DSP系统集成和硬软件的开发提供了大量有用的工具 用汇编语言或C语言编写的源程序 通过编译 连接工具产生DSP的执行代码 在调试阶段 利用软仿真 simulator 在计算机上仿真运行 或利用硬件调试工具 如XDS510 将代码下载到DSP中 并通过计算机监控 调试运行该程序 调试完成后 将该程序代码固化到EPROM中 以便DSP目标系统脱离计算机单独运行 应用电子技术专业 DSP原理及应用 101 几种常用的开发工具 1 代码生成工具代码生成工具包括编译器 连接器 优化C编译器 转换工具等 使用汇编语言或C语言 最新版的CCS中带的代码生成工具可以支持C 编写源程序代码 使用代码生成工具进行编译 连接 最终形成机器代码 应用电子技术专业 DSP原理及应用 102 2 软仿真器 simulator 软仿真器是一个使用主机的处理器和存储器来仿真TMS320DSP的微处理器的软件程序 用来进行软件开发和非实时的程序验证 可以在没有目标硬件的情况下作DSP软件的开发和调试 在PC上 典型的软仿真速度是每秒几百条指令 新型软仿真器作为CCS的一个标准插件已经被广泛应用于DSP的开发中 应用电子技术专业 DSP原理及应用 103 3 硬仿真器 emulator 硬仿真器由插在PC内PCI卡或接在USB口上的仿真器和目标板组成 C54x硬件扫描仿真口通过仿真头 JTAG 将PC中的用户程序代码下载到目标板的存储器中 并在目标板内实时运行 TMS320扩展开发系统XDS eXtendedDevelopmentSystem 是功能强大的全速仿真器 用于系统级的集成与调试 扫描式仿真 Scan BasedEmulator 是一种独特的 非插入式的系统仿真与集成调试方法 程序可以从片外或片内的目标存储器实时执行 在任何时钟速度下都不会引入额外的等待状态 XDS510 XDS510WS仿真器是以PC或SUN工作站为基础的开发系统 可对C2000 C5000 C6000等实施全速扫描式仿真 应用电子技术专业 DSP原理及应用 104 4 集成开发环境CCS CodeComposerStudio CCS是一个完整的DSP集成开发环境 包括编辑 编译 汇编 链接 软件模拟 调试等软件 是目前使用最为广泛的DSP开发软件之一 两种工作模式 软件仿真器 即脱离DSP芯片 在PC上模拟DSP指令集与工作机制 主要用于前期算法和调试 硬件开发板相结合在线编程 即实时运行在DSP芯片上 可以在线编制和调试应用程序 应用电子技术专业 DSP原理及应用 105 5 DSK套件及EVM评估板DSP入门套件DSK 评估板EVM是TI或第三方为TMS320DSP的使用者设计和生产的一种评估平台 DSK或EVM除了提供一个完整的DSP硬件系统外 A D D A 外部程序 数据存储器 外部接口等 还提供有完整的代码生成工具及调试工具 DSK或EVM不仅可用作DSP实验 如控制系统 语音处理等 而且可用来编写和运行实时源代码 并对其进行评估 应用电子技术专业 DSP原理及应用 106 谢谢