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第1页共6页2016年春季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:高速dSP原理、应用及实践学生所在院（系）:电气学院学生所在学科:仪器科学与技术学生姓名:赵梵丹学号:15S001012学生类别:学术型考核结果阅卷人第2页共6页DSP应用现状及发展趋势引言在过去的几年中，各种各样的数字信号处理方法层出不穷。数字信号处理器已经成为许多消费、通信、医疗、军事和工业类产品的核心器件。在实际应用中可以选用的数字信号处理实现方法很多，但是，数字信号处理器（DSP）以其在处理速度、价格和功耗上的无以替代的优势赢得了大多数用户的信任。随着信息家电、网络通信和3G移动通信的飞速发展，作为最关键的核心器件的数字信号处理器，将会把人们带入高速信息化的时代。一、DSP的发展历程DSP是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10～50倍。在当今数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机和消费类产品等领域的基础器件。业内人士预言，DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素。在DSP出现之前，数字信号处理只能依靠MPU（微处理器）来完成，但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求，因此，20世纪70年代有人提出了DSP的理论和算法，而DSP仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的DSP系统也只是分离元件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航天等部门。随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上诞生了首枚DSP芯片，这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运行速度却比MPU快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛的应用。DSP芯片的问世，标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度进一步提高，应用范围逐步扩大到通信、计算机领域。90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯片及外围组件综合集成在单一芯片上，这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐步渗透到了人们日常消费领域，前景十分可观。目前,常见的DSP芯片有TI的TMS320系列,ADI公司的DSP2100系列,Lucent的16000系列,Motorola公司的DSP56602和56603系列等。第3页共6页二、DSP系统构成及其特点2.1DSP系统构成数字信号处理器是利用计算机或专用处理设备，在模拟信号变换成数字信号以后，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10～50倍。图1所示为一个典型的DSP系统。图1典型的DSP系统输入信号首先进行带限滤波和抽样，然后进行A/D变换将信号变换成数字比特流。DSP芯片的输入是A/D变换后得到的以抽样形式表示的数字信号，DSP芯片对输入的数字信号进行某种形式的处理，如进行一系列的乘累加操作（MAC）。最后，经过处理后的数字样值再经D/A（DigitaltoAnalog）变换转换为模拟样值，之后再进行内插和平滑滤波就可得到连续的模拟波形。必须指出的是，上面给出的DSP系统模型是一个典型模型，但并不是所有的DSP系统都必须具有模型中的所有部件。2.2DSP系统的特点数字信号处理系统是以数字信号处理为基础，因此具有数字处理的全部优点：（1）接口和编程方便。DSP系统与其他以现代数字技术为基础的系统或设备都是相互兼容的，与这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口容易得多；另外，DSP系统中的可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。（2）稳定性和可重复性好。DSP系统以数字处理为基础，受环境温度、湿度、噪声、电磁场的干扰和影响较小，可靠性高；数字系统的性能基本不受元器件参数性能变化的影响，因此数字系统便于测试、调试和大规模生产。（3）精度高。16位数字系统可以达到10-5的精度。（4）特殊应用。有些应用只有数字系统才能实现，例如信息无失真压缩、V型滤波器、线性相位滤波器等等。（5）集成方便。DSP系统中的数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。当然，数字信号处理在高频信号处理上也存在一定的缺点。DSP系统中的高速时钟可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题，而且DSP系统消耗的功率也较大。此外，抗混叠滤波A/DDSP芯片D/A平滑滤波输入输出第4页共6页DSP技术更新的速度快，数学知识要求多，开发和调试工具还不尽完善。2.3数字信号处理器与通用微处理器的比较表1列出了二者的主要不同之处：表1DSP与GPP的比较DSPGPP存储器结构大多数采用哈佛结构提高速度冯·诺依曼结构访问速度慢对密集的乘法运算的支持专用的硬件乘法器单周期内完成乘累加运算要求多个指令周期来做一次乘法循环用专门的硬件实现零开销循环用软件来实现计算类型大多数使用定点计算定点计算或浮点计算开发工具的要求大多数DSP厂商提供一些开发工具GPP厂商不提供开发工具此外，DSP处理器往往都支持专门的寻址模式，它们对通常的信号处理操作和算法是很有用的。例如，模块（循环）寻址（对实现数字滤波器延时线很有用）、位倒序寻址（对快速傅立叶变换很有用）。这些非常专门的寻址模式在GPP中是不常使用的，只有用软件来实现。在执行时间的预测上，DSP对高性能GPP的优势在于，即便是使用了高速缓存的DSP，哪些指令会放进去也是由程序员（而不是处理器）来决定的；DSP一般不使用动态特性，如转移预测和推理执行等。因此，由一段给定的代码来预测所要求的执行时间是完全直截了当的，从而使程序员得以确定芯片的性能限制。三、DSP芯片的应用3.1DSP的应用领域在近20多年时间里，DSP芯片的应用已经从军事、航空航天领域扩大到信号处理、通信、雷达、消费等许多领域。主要应用有：信号处理、通信、语音、图形/图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等。DSP主要应用市场为3C领域，合占整个市场需求的90%。数字蜂窝电话是DSP最为重要的应用领域之一。由于DSP具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝电话重新崛起，并创造了一批诸如GSM、CDMA等全数字蜂窝电话网。在Modem器件中，DSP更是成效卓著，不仅大幅度提高了传输速率，且具有接收动态图像能力。另外，可编程多媒体DSP是PC领域的主流产品。以XDSLModem为代表的高速通信技术与MPEG图像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。目前的硬盘空间相当大，这主要得益于CDSP第5页共6页（可定制DSP）的巨大作用。预计在今后的PC机中，一个DSP即可完成全部所需的多媒体处理功能。DSP也是消费类电子产品中的关键器件。由于DSP的广泛应用，数字音响设备的更新换代周期变得非常短暂。用于图像处理的DSP，一种用于JPEG标准的静态图像数据处理；另一种用于动态图像数据处理。3.2DSP的市场规模从80年代开始起步的DSP市场，目前正处于高速成长的阶段。在数字化、个人化和网络化的推动下，1997年世界DSP市场营销额超过32亿美元，预计未来的年均增长率高达40%。在全球DSP产品市场中，TI公司独占鳌头，占世界市场45%的份额，其次是朗讯（28%）、ADI（12%）、摩托罗拉（12%）、其他公司（3%）。四、DSP的发展前景DSP在其发展道路上不断满足人们日益提高的要求，正在逐渐朝向个人化和低功耗化方向发展，因此，DSP发展的前景是非常可观的。（1）努力向系统级集成DSP迈进。缩小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。当前的DSP多数基于RISC（精简指令集计算）结构，这种结构的优点是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷采用新工艺，改进DSP芯核，并将几个DSP芯核、MPU芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路。这样的集成缩小了整机的体积，缩短了产品上市的时间，是一个重要的发展趋势。（2）DSP的内核结构进一步改善。DSP的结构主要是针对应用，并根据应用优化DSP设计以极大改进产品的性能。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。（3）可编程DSP是主导产品。可编程DSP给生产厂商提供了很大的灵活性。生产厂商可在同一个DSP平台上开发出各种不同型号的系列产品，以满足不同用户的需求。同时，可编程DSP也为广大用户提供了易于升级的良好途径。人们已经发现，许多微控制器能做的事情，使用可编程DSP将做得更好更便宜。（4）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。按照CMOS的发展趋势，依靠新工艺改进芯片结构，DSP运算速度的提高和功耗尺寸的降低是完全可能的。第6页共6页（5）定点DSP是主流。虽然浮点DSP的运算精度更高，动态范围更大，但定点DSP器件的成本较低，对存储器的要求也较低，而且耗电较省。因此，定点运算的可编程DSP器件仍是市场上的主流产品。据统计，目前销售的DSP器件中的80%以上属于16位定点可编程DSP器件，预计今后的比重将逐渐增大。（6）与可编程器件结合。DSP的许多新应用需要比传统DSP处理器更加强大的数字信号处理能力，设计者往往会借助PLD和FPGA来满足他们日益提高的信号处理需求。与常规DSP器件相比，FPGA器件配合传统的DSP器件可以处理更多信道，可在基站中用来实现高速实时处理功能，满足无线通信、多媒体等领域多功能和高性能的需要。（7）DSP嵌入式系统。DSP嵌入式系统是DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统。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)。因此，将DSP与MCU融合在一起的双核平台，将成为DSP技术发展的一种新潮流。