1、DSP技術應用現狀以及發展趨勢一、數字信號處理結構。實時數字信號處理系統：采集系統+DSP芯片非實時系統：pc機上進行處理系統的模擬與仿真或仿真庫+DSP芯片。1DSP、MCU、MPU的關系微控制器MCU通俗的稱呼是單片機，它與微處理器MPU是微機技術的兩大分支。MPU的發展動力是人類對無止境的海量數值運算的需求，速度越來越快。MCU的發展是為了滿足被控制對象的要求，向高可靠性、低功耗、低成本發展。一般MCU的引腳數在60以下，MCU以8位機為主、32位機為輔。有趨勢提高MCU的運算功能，將DSP集成至IMCU中，比如32位的MC68356集成了Motorola的DSP56002。微控制器MC

2、U一直存在兩種基本結構：哈佛(Harvard)結構和馮諾依曼(vonMeumann)結構，還可進一步講是對應成復雜指令集計算機CISC和精簡指令計算機RISC。馮諾伊曼結構具有單一總線PRAM或DRAM都映射到同一地址空間，總線寬度與CPU類型匹配。哈佛結構具有獨立的程序總線和數據總線，CISC的指令一般是微碼miccode,每條指令由CPU解碼為許多基本指令，基于CISC的微控制器一般很復雜，都采用馮諾伊曼結構，所需要的程序存儲器比RISC產品少。微碼在CPU產生而限制了CISC器件的帶寬，其指令集也比RISC器件大。68000的MPU是準32位的MPU,內部32位，外部總線是16位。蘋果機

3、就是用68000系列，它的運行分成系統態和用戶態，其設計是面向分時多任務或實時操作系統的，68000的總線后來變成VME總線標準。到68020就是全32位了。1991年IEEE1149.1即JTAG的公布滿足了IC制造商的措施需求，也給ASIC、MCU、MPU、DSP、PLD、FPGA等的用戶帶來方便。一般十萬門以上的IC都有JTAG接口,1993年IEEE1149.5對JTAG作了彳正(5線接口)。IC的測試分成晶片級、IC封裝級、電路板與系統極，JTAG完成了前兩者的測試。適于68000系列的32位機的開發工具ICD32是一段扁平電纜，一端接IC的JTAG的5線接口,一端通過25芯頭(里面

4、有GAL)接PC機并口。傳統上，微控制器MCU與微處理器MPU是兩大分支，而DSP是MCU的一種特殊變形。但是從實質講，MPU多半是CISC,除了DSP之外的MCU也是CISC。而DSP是RISC。所以比較時更適合DSP與MPU相比，MPU適宜于相同管理這樣的應用中，以條件判斷為主的應用，以軟件管理的操作系統為核心的產品，MPU的設計側重于不妨礙程序的流程，以保證操作系統支持功能及轉移預測功能等。而DSP側重于保證數據的順利通行，結構盡量簡單。2馮諾依曼結構和哈佛結構1945年，馮諾依曼首先提出了“存儲程序”的概念和二進制原理，后來，人們把利用這種概念和原理設計的電子計算機系統統稱為“馮.諾曼

5、型結構”計算機。馮.諾曼結構的處理器使用同一個存儲器，經由同一個總線傳輸。馮.諾曼結構處理器具有以下幾個特點：必須有一個存儲器；必須有一個控制器；必須有一個運算器，用于完成算術運算和邏輯運算；必須有輸入和輸出設備，用于進行人機通信。另外，程序和數據統一存儲并在程序控制下自動工作馮諾依曼的主要貢獻就是提出并實現了“存儲程序”的概念。由于指令和數據都是二進制碼，指令和操作數的地址又密切相關，因此，當初選擇這種結構是自然的。但是，這種指令和數據共享同一總線的結構，使得信息流的傳輸成為限制計算機性能的瓶頸，影響了數據處理速度的提高。在典型情況下，完成一條指令需要3個步驟，即：取指令、指令譯碼和執行指令

6、。從指令流的定時關系也可看出馮諾依曼結構與哈佛結構處理方式的差別。舉一個最簡單的對存儲器進行讀寫操作的指令，指令1至指令3均為存、取數指令，對馮.諾曼結構處理器，由于取指令和存取數據要從同一個存儲空間存取，經由同一總線傳輸，因而它們無法重疊執行，只有一個完成后再進行下一個。哈佛結構是一種將程序指令存儲和數據存儲分開的存儲器結構。中央處理器首先到程序指令存儲器中讀取程序指令內容，解碼彳爰得到數據地址，再到相應的數據存儲器中讀取數據，并進行下一步的操作（通常是執行）。程序指令存儲和數據存儲分開，可以使指令和數據有不同的數據寬度，如Microchip公司的PIC16芯片的程序指令是14位寬度，而數據

7、是8位寬度。哈佛結構的微處理器通常具有較高的執行效率。其程序指令和數據指令分開組織和存儲的，執行時可以預先讀取下一條指令。目前使用哈佛結構的中央處理器和微控制器有很多，除了上面提到的Microchip公司的PIC系列芯片，還有摩托羅拉公司的MC68系列、Zilog公司的Z8系列、ATMEL公司的AVR系列和安謀公司的ARM9、ARM10和ARM11。哈佛結構是指程序和數據空間獨立的體系結構，目的是為了減輕程序運行時的訪存瓶頸.例如最常見的卷積運算中，一條指令同時取兩個操作數，在流水線處理時，同時還有一個取指操作，如果程序和數據通過一條總線訪問，取指和取數必會產生沖突，而這對大運算量的循環的執行

8、效率是很不利的.哈佛結構能基本上解決取指和取數的沖突問題.而對另一個操作數的訪問，就只能采用Enhanced哈佛結構了，例如像TI那樣，數據區再split,并多一組總線.或向AD那樣，采用指令cache,指令區可存放一部分二、DSP應用方向，其他cpu和控制器融合趨勢、發展方向DSP技術在各領域的創新應用2.1 通信領域的應用近年來，隨著通信技術的飛速發展，DSP已經成為信號與信息處理領域里一門十分重要的新興學科，它代表著當今無線系統的主流發展方向。現在，通信領域中許多產品都與DSP密切聯系，例如，Modem、數據加密、擴頻通信、可視電話等。而尋找DSP芯片來實現算法最開始的目標是在可以接受的

9、時間內對算法做仿真，隨后是將波形存儲起來，然后再加以處理。圖1所示，給出了一個典型的DSP應用系統。數字蜂窩電話是DSP最為重要的應用領域。因DSP具有強大的計算能力，使得移動通信的蜂窩電話重新崛起，并創造了一批諸如GSM、CDMA等全數字蜂窩電話網3。由于采用DSP技術，蜂窩電話的更新換代變得更為容易，只需在統一的硬件平臺基礎上，通過軟件的不斷升級生產各式各樣的新款手機。圖1系統方框圖輸入信號首先進行帶限濾波和抽樣，然后進行模/數轉換，將模擬信號轉換成數字比特流。根據香農抽樣定理，為保持信息的不丟失，抽樣頻率至少必須是輸入帶限信號最高頻率的兩倍。2.2 儀器儀表領域的應用DSP已經涉足測量儀

10、表和測試儀器行業，而且大有取代高檔單片機的趨勢。使用DSP開發測量儀表和測試儀器可將產品提升到一個嶄新的水平。新款DSP豐富的片內資源可以大大簡化儀器儀表的硬件電路，實現儀器儀表的SOC（SystemOnChip,即片上系統）設計。儀器儀表的測量精度和速度是一項重要的指標，使用DSP芯片開發產品可使這兩項指標大大提高。以TMS320F2810為例，其高效的32位CPU內核、優異的12位A/D轉換器、豐富的片內存儲器以及靈活的指令系統為我們開發快速、高精度儀器搭建了廣闊的平臺。目前DSP正處于一個高速發展的時期，儀器儀表是DSP的一個重要應用領域，相信DSP的應用會推進儀器儀表的技術革新。2.3

11、 PC領域中的應用可編程多媒體DSP是PC領域的主流產品。以XDSLModem為代表的高速通信技術與MPEG圖像技術相結合，使得高品位的音頻和視頻形式的計算機數據有可能實現實時交換。預計在今后的PC機中，一個DSP即可完成全部所需的多媒體的處理功能。2.4 全新數碼助聽器中的應用由于傳統助聽器線路功能的局限性，無法滿足大部分聽障患者的要求，這個使命理所當然的留給了全數碼助聽器。在國外，助聽器的技術正由傳統的電子放大電路逐步被DSP所取代。DSP具有強大的處理功能，能讓聽障患者聽到更清晰的、想要聽到的聲音，去除患者不想聽到的聲音，從而使現代的助聽器技術產生一個質的飛躍。數字信號處理是全數碼助聽器

12、的核心部分。它為調整輸入/輸出特性和系統的頻率響應特性提供很強的靈活性。2.5 圖形圖像技術領域的應用DVD里應用的活動圖像壓縮/解壓縮用MPEG2編碼/譯碼器，同時也廣泛地應用于視頻點播VOD、高品位有線電視和衛星廣播等諸多領域。在這些領域里，應用的DSP應該具備更高的處理速度和功能。而且，活動圖像壓縮/解壓技術也日新月異，例如，DCT變換域編碼很難提高壓縮比與重構圖像質量，于是出現了對以視覺感知特性為指導的小波分析圖像壓縮方法。新的算法出現，要求相應的高性能DSP。最近，日本各大學和高技術企業對于開發虛擬現實VR系統，投入相當力量，利用現代計算機圖像學CG生成3維圖形，迫切需要多個DSP并

13、行處理系統。其中，系統里的結點DSP單元，要求采用與并行處理相適應的體系結構。2.6 汽車電子系統及其他應用領域汽車電子系統日益興旺發達起來，諸如裝設紅外線和毫米波雷達，將需用DSP進行分析。如今，汽車愈來愈多，防沖撞系統已成為研究熱點。而且，利用攝像機拍攝的圖像數據需要經過DSP處理，才能在駕駛系統里顯示出來，供駕駛人員參考。應用DSP的領域可以說是不勝枚舉，電視會議系統里，也大量應用DSP器件。視聽機器里也都應用DSP。隨著科學技術的發展，將會出現許許多多的DSP新應用領域。3DSP技術的發展前景目前，DSP市場正處于高速成長階段，在數字化、個人化和網絡化的推動下，2009年世界DSP市場

14、營業額已超過800億美元，預計未來的年增長率高達40%,在全球DSP市場中，僅就美國而言，據估計，美國有超過1億輛汽車、幾千萬臺個人通信裝置、每個家庭中就有520個聯網的家用電器以及數以百萬計的工廠使用DSP系統。中國已成為DSP芯片的最大市場，數碼相機、IP電話和手持電子設備的熱銷帶來了對DSP芯片的巨大需求。盡管DSP市場日趨成熟，但仍有成長空間。互聯網和設備個性化是當前信息社會的特征。互聯網是PC時代全球經濟新的增長點，由于PC市場仍未飽和，市場潛力巨大，也是DSP潛在的應用領域。而手機、PDA、MP3播放器以及手提電腦等則是設備個性化的典型代表，這些設備的發展水平取決于DSP的發展。新

15、的形勢下，DSP面臨的要求是處理速度更高，功能更多更全，功耗更低，存儲器用量更少。DSP的技術發展將會有以下一些走勢：(1)系統級集成DSP是潮流。小DSP芯片尺寸始終是DSP的技術發展方向。當前的DSP尺寸小、功耗低、性能高。各DSP廠商紛紛采用新工藝，改進DSP芯核，并將幾個DSP芯核、MPU芯核、專用處理單元、外圍電路單元、存儲單元統統集成在一個芯片上，成為DSP系統級集成電路。(2)追求更高的運算速度和進一步降低功耗和幾何尺寸40由于電子設備的個人化和客戶化趨勢，DSP必須追求更高更快的運算速度，才能跟上電子設備的更新步伐。同時由于DSP的應用范圍已擴大到人們工作生活的各個領域，特別是

16、便攜式手持產品對于低功耗和尺寸的要求很高，所以DSP有待于進一步降低功耗。按照CMOS的發展趨勢，依靠新工藝改進芯片結構，DSP運算速度的提高和功耗尺寸的降低是完全可能的。(3) DSP的內核結構進一步改善5oDSP的結構主要是針對應用，并根據應用優化DSP設計以極大改進產品的性能。多通道結構和單指令多重數據(SIMD)、超長指令字結構(VLIM)、超標量結構、超流水結構、多處理、多線程及可并行擴展的超級哈佛結構(SHARC)在新的高性能處理器中將占據主導地位。(4) DSP嵌入式系統5。DSP嵌入式系統是DSP系統嵌入到應用電子系統中的一種通用系統4。這種系統既具有DSP器件在數據處理方面的

17、優勢，又具有應用目標所需要的技術特征。在許多嵌入式應用領域，既需要在數據處理方面具有獨特優勢的DSP,也需要在智能控制方面技高一籌的微處理器(MCU)。因此,將DSP與MCU融合在一起的雙核平臺，將成為DSP技術發展的一種新潮流。cpu和控制器融合趨勢多年以來，盡管PC在不斷發展，但基本架構始終未變。中央處理器被連接到芯片組上，而芯片組上又包含了內存控制器和I/O控制器。隨著制造工藝的提升，CPU與芯片組的融合已經成為可能。但這并不意味著，這種趨勢短期內將在整個業內普及。英特爾芯片組事業部總經理理查德馬林諾斯基表示：“把所有功能融入到一塊芯片中的做法是不可行的，因為存在集成問題。”威盛CEO陳

18、文琦稱：“單一CPU芯片時代即將到來，在未來一兩年內，威盛將繼續奉行這一路線。”本月初，威盛針對UMPC市場，推出了一款體積最小的主板mobile-ITX,只有名片般大小。威盛CPU設計人員霍爾特承認，CPU與芯片組的融合是威盛所追求的目標。但實現這一點，還有一系列問題亟待解決，如制造技術和電壓等問題。三、DSP開發手段、包括硬件和軟件發展DSP的軟件、硬件的開發以及系統的集成，日益關注。如何提高開發速度、降低開發難度，所有開發者共同關心。除了必須了解DSP本身的結構和技術指標外，大量的時間和精力花費在熟悉和掌握開發工具和環境上。系統復雜程度的百分之八十取決于軟件。所以，設計人員都極為看重先進的、易于使用的開發環境與工具。DSP的開發環境如何，開發工具的功能是否豐富，使用是否方便，