dsp--数字信号处理芯片的发展和应用.docx

编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径学海无涯苦作舟页码：数字信号处理芯片的发展和应用关键词：数字信号处理；芯片；发展；应用摘要：数字信号处理(DSP)系统由于受运算速度的限制其实时性在相当的时间内远不如模拟信号处理系统。从80年代至今的十多年中DSP芯片在运算速度、运算精度、制造工艺、芯片成本、体积、工作电压、重量和功耗方面取得了划时代的发展开发工具和手段不断完善。DSP芯片有着非常快的运算速度使许多基于DSP芯片的实时数字信号处理系统得以实现。目前DSP芯片已应用在通信、自动控制、航天航空及医疗领域取得了相当的成果。在载人航天领域基于DSP芯片的技术具有广阔的应用前景。数字信号处理作为信号和信息处理的一个分支学科已渗透到科学研究、技术开发、工业生产、国防和国民经济的各个领域取得了丰硕的成果。对信号在时域及变换域的特性进行分析、处理能使我们对信号的特性和本质有更清楚的认识和理解得到我们需要的信号形式提高信息的利用程度进而在更广和更深层次上获取信息。数字信号处理系统的优越性表现为：1.灵活性好：当处理方法和参数发生变化时处理系统只需通过改变软件设计以适应相应的变化。2.精度高：信号处理系统可以通过A/D变换的位数、处理器的字长和适当的算法满足精度要求。3.可靠性好：处理系统受环境温度、湿度噪声及电磁场的干扰所造成的影响较小。4.可大规模集成：随着半导体集成电路技术的发展数字电路的集成度可以作得很高具有体积小、功耗小、产品一致性好等优点。然而数字信号处理系统由于受到运算速度的限制其实时性在相当长的时间内远不如模拟信号处理系统使得数字信号处理系统的应用受到了极大的限制和制约。自70年代末80年代初DSP(数字信号处理)芯片诞生以来这种情况得到了极大的改善。DSP芯片也称数字信号处理器是一种特别适合进行数字信号处理运算的微处理器。DSP芯片的出现和发展促进数字信号处理技术的提高许多新系统、新算法应运而生其应用领域不断拓展。目前DSP芯片已广泛应用于通信、自动控制、航天航空、军事、医疗等领域。DSP芯片的发展70年代末80年代初AMI公司的S2811芯片Intel公司的2902芯片的诞生标志着DSP芯片的开端。随着半导体集成电路的飞速发展高速实时数字信号处理技术的要求和数字信号处理应用领域的不断延伸在80年代初至今的十几年中DSP芯片取得了划时代的发展。从运算速度看MAC（乘法并累加）时间已从80年代的400ns降低到40ns以下数据处理能力提高了几十倍。MIPS（每秒执行百万条指令）从80年代初的5MIPS增加到现在的40MIPS以上。DSP芯片内部关键部件乘法器从80年代初的占模片区的40%左右下降到小于5%片内RAM增加了一个数量级以上。从制造工艺看80年代初采用4μm的NMOS工艺而现在则采用亚微米CMOS工艺DSP芯片的引脚数目从80年代初最多64个增加到现在的200个以上引脚数量的增多使得芯片应用的灵活性增加使外部存储器的扩展和各个处理器间的通信更为方便。和早期的DSP芯片相比现在的DSP芯片有浮点和定点两种数据格式浮点DSP芯片能进行浮点运算使运算精度极大提高。DSP芯片的成本、体积、工作电压、重量和功耗较早期的DSP芯片有了很大程度的下降。在DSP开发系统方面软件和硬件开发工具不断完善。目前某些芯片具有相应的集成开发环境它支持断点的设置和程序存储器、数据存储器和DMA的访问及程序的单部运行和跟踪等并可以采用高级语言编程有些厂家和一些软件开发商为DSP应用软件的开发准备了通用的函数库及各种算法子程序和各种接口程序这使得应用软件开发更为方便开发时间大大缩短因而提高了产品开发的效率。目前各厂商生产的DSP芯片有：TI公司的TMS320系列、AD公司的ADSP系列、AT&T公司的DSPX系列、Motolora公司的MC系列、Zoran公司的ZR系列、Inmos公司的IMSA系列、NEC公司的PD系列等。通用DSP芯片的特点1.在一个周期内可完成一次乘法和一次累加。2.采用哈佛结构程序和数据空间分开可以同时访问指令和数据。3.片内有快速RAM通常可以通过独立的数据总线在两块中同时访问。4.具有低开销或无开销循环及跳转硬件支持。5.快速中断处理和硬件I/O支持。6.具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。7.可以并行执行多个操作。8.支持流水线操作取指、译码和执行等操作可以重叠进行。DSP芯片的应用随着DSP芯片性能的不断改善用DSP芯片构造数字信号处理系统作信号的实时处理已成为当今和未来数字信号处理技术发展的一个热点。随着各个DSP芯片生产厂家研制的投入DSP芯