1、 1 第一章 绪 论 1.1 本论文的背景 随着信息技术的飞速发展， 数字信号处理技术已经发展成为一门关键的技术 学科，而DSP芯片的出现则为数字信号处理算法的实现提供了可能，这一方面促 进了数字信号处理技术的进一步发展,也使数字信号处理的应用领域得到了极大 的拓展。在近20年里，DSP芯片已经在通信和家用电器等领域得到了广泛的应用。 1.1.1 数字信号处理器的发展状况 DSP(Digital Signal Processing)也称数字信号处理器，是一种具有特殊结 构的微处理器，是建立在数字信号处理的各种理论和算法基础上，专门完成各种 实时数字信息处理的芯片。与单片机相比，DSP有着更适合
2、数字信号处理的优点。 芯片内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流 水线操作，具有良好的并行特性，提供特殊的DSP指令，可以快速地实现各种数 字信号处理算法 1。 DSP发展历程大致分为三个阶段：70年代理论先行，80年代产品普及，90年 代突飞猛进。 在DSP出现之前数字信号处理主要依靠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，直到70年代才提出了DSP的理 论和算法基础。随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上诞生了首枚通用 可编程DSP芯片TI的TMS32010。DSP芯片的问世是个里程碑，它标志着DSP应用系 统由
3、大型系统向小型化迈进了一大步。进入80年代后期，随着数字信号处理技术 应用范围的扩大，要求提高处理速度，到1988年出现了浮点DSP，同时提供了高 级语言的编译器，使运算速度进一步提高，其应用范围逐步扩大到通信、计算机 领域。90年代相继出现了第四代和第五代DSP器件。以DSP作为主要元件，再加上 外围设备和特定功能单元综合成的单一芯片，加速了DSP解决方案的发展，同时 产品价格降低，运算速度和集成度大幅提高 2。 进入21世纪，现在DSP向着高速，高系统集成，高性能方向发展。当前的DSP 多数基于RISC(精简指令集计算机)结构，且进入了VLSI(超大规模集成电路)阶 段。如TI公司的TMS
4、320C80代表了新一代芯片集成技术，它将4个32位的DSP，1 个32位RISC主处理器，1个传输控制器，2个视频控制器和50Kb SRAM集成在一个 芯片上。这样的芯片通常称之为MVP(多媒体视频处理器)。它可支持各种图像规 格和各种算法，功能相当强。而第六代TMSC6000系列则是目前速度最快，性能最 高的DSP芯片，该系列芯片的发展蓝图中有高至5000MIPS，3G FLOPS的处理性能。 2 而按照CMOS的发展趋势，DSP的运算速度提高到1000MIPS是完全有可能的。TI公 司将常用的DSP芯片归纳为三大系列，即TMS320C2000系列(TMS320C2xC2xx)， TMS3
5、20C5000系列(TMS320C5xC54x54xxC55x)，TMS320C6000系列 (TMS320C62x67x)。其中C54xx以其低廉的价格，低功耗和高性能等特点被广泛 应用到通信和个人消费电子领域。而以C54xx系列内核为基础的新一代DSP器件 TMS320C5402不仅继承了上述优点，而且存储器被组织进三个独立的可选择的空 间：程序存储空间、数据存储空间和I/O空间。大小都是64K，总共是192K大小。 包括随机存储器(RAM)和只读存储器(RAM)。其中，5402所采用的RAM是双存取访 问RAM(DARAM)。片上双存取访问RAM(DARAM)被组织在一些块上，因为每个D
6、ARAM 块能够在每个机器周期中被访问两次，结合并行的体系结构，使得5402得以在一 个指定的周期内完成四个并发的存储器操作：一个取指令操作、两个数据读操作 和一个数据写操作。DARAM总是被映射到数据存储空间上，也可被映射进程序存 储空间用于保存程序代码。5402的26个CPU寄存器和片上外设寄存器被映射在数 据存储空间 2。所以，TMS320C5402是54系列芯片的典型代表，也是目前国内DSP 教材上介绍最多的芯片。 1.1.2 数字信号处理的实现方法 数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、 实现和应用等几个方面发展起 来的。数字信号处理在理论上的发展推动了其应用的发展。反过来，数字信号处 理的应用又促进了其理论的提高。而数字信号处理的实现则是理论和应用的桥 梁。数字信号处理的实现方法一般有以下几种 1: 1、在通用的计算机(如PC机)上用软件(如Fortran，C语言)实现。 2、在通用的计算机系统中加上专用的加速片来实现。在此类系统中的加速 片上带有智能芯片DSP，加速片在计算机系统中充当处理器的角色，通用计算机 仅充当没有实时要求的管理者角色，
