DSP技術發展趨勢的研究與探討

摘要：介紹了數字信號處理技術（DSP），DSP技術以及為什么采用DSP技術。并論述了DSP技術與傳統單片機相比較具有的優點和它未來的發展趨勢。

關鍵詞：DSP；DSP技術

中圖分類號：TP368.1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 (2012) 10-0044-01

一、引言

數字信號處理（Digital Signal Processing，即DSP），起源于上個世紀80年代，是一門涉及到許多學科并且廣泛應用在很多領域的熱門學科。它利用微型計算機、專用處理設備，以數字方式對信號的采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別處理，得到人們需要的信號形式。它緊緊圍繞著數字信號處理的理論、實現以及應用發展。

二、DSP技術

數字信號處理（DSP）的理論基礎涉及的范圍非常廣泛。比如微積分、概率統計、隨機過程、數值分析等數學基礎是數字信號處理的基本工具，同時它與網絡理論、信號與系統、控制理論、通信原理、故障診斷，傳感器技術等密切相關，還有近些年來蓬勃發展的一些學科：人工智能、模式識別、神經網絡等，都與數字信號處理密不可分。

正是由于有這些理論發展的前提基礎，和廣泛的市場需求，DSP處理的器件也應運而生，在廣泛應用在各個領域的同時得到迅速的發展。世界上第一個單片DSP芯片是1978年AMI公司發布的S2811，在這之后，1979年美國Intel公司發布的商用可編程器件2920是DSP芯片的一個非常重要的里程碑。即使這兩種芯片內部沒有現代DSP芯片的單周期乘法器，但是他們為DSP的蓬勃、迅速發展奠定了很重要的基礎。接著，1980年，日本NEC公司推出了第一個具有乘法器的商用DSP芯片，隨后，美國德州儀器公司（TI公司）推出一系列DSPs產品，廣泛地應用在信號處理的各個領域。

三、DSP技術的優點

和單片機比較而言，DSPs具有集成度高、CPU快速、存儲器容量大，并內置了波特率發生器、FIFO緩沖器，可提供高速、同步串口、標準異步串口。一些dsp芯片內還集成了模數轉換、采樣/保持電路，PWM輸出。DSP芯片采用改進的哈佛結構，內置高速硬件乘、加法器，多級流水線，使DSPs的數據運算大幅度提高。

據統計分析DSPs比傳統的16位單片機單指令執行時間快8到10倍，一次乘加運算的時間快16到30倍。DSPs還提供了高度專業化的指令集，提高了FFT（快速傅里葉變換）、濾波器的運算速度。與此同時，DSPs提供JTAG接口和先進的開發手段，使得批量生產、測試更為方便。開發工具ccs可實現全空間透明仿真，軟件開發具有匯編/鏈接C編譯器、C源碼調試器，有很強的可移植性。

總的來說，DSPs器件具有以下優點：

1.在一個指令周期內能夠完成一次乘法、一次加法；

2.程序空間以及數據空間分開，能夠同時訪問指令和數據；

3.片內具有快速RAM，可通過獨立的數據總線同時訪問多片RAM；

4.具有循環、跳轉的硬件支持；

5.快速的中斷處理、I/O（輸入輸出）支持；

6.在單周期內可同時操作多個硬件地址產生器；

7.并行操作流暢；

8.支持流水線操作方便，使取指、譯碼和執行等操作可以同步、重疊進行。

同時，它還具有精度高，抗干擾能力強，穩定性好，功耗低以及編程方便，接口簡單，電路集成方便等方面的優勢。

四、DSP技術的發展趨勢

隨著數字化的進程快速提高，DSPs技術的地位不斷突顯，作為數字化處理的基礎技術，實時處理數字信號都是由通用型或專業性的DSPs來完成的。正是因為DSPs這種強大的實時處理能力，使得DSPs在聲音信號處理、圖像處理、模式識別方面不可或缺。隨著數字時代的不斷前行，它未來的發展趨勢可以從以下兩個方面來完善：

（一）與ARM（Advanced RISC Machines）相結合。ARM架構是面向低預算市場設計的一款RISC微處理器，以32位單片機的行業標準，提供一系列內核、體系擴展、微處理器以及系統芯片方案，四個功能模塊可供生產廠商根據不同用戶的要求來配置生產。ARM具有較強的事務管理功能，在控制方便具有很強的優勢，而DSPs具有強大的數據處理能力和很高的運行速度。將兩者結合起來可以更好的進行數字信號處理，以及實現相應的控制功能。

（二）與FPGA（Field Programmable Gate Array）結合使用。即與現場可編程門陣列巧妙的結合起來。FPGA是在PAL、GAL、PLD等可編程器件的基礎發展起來的，是ASIC（即為專用集成電路）中集成度最高的一種電子設備。FPGA采用邏輯單元陣列（Logic Cell Array），包括可配置邏輯模塊（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊（Input Output Block）以及內部連線（Interconnect）三部分。通過對FPGA內部邏輯模塊、I/O模塊的配置，可以實現不同的邏輯狀態。同時，FPAG還具有靜態可重復編程、動態在系統重構的特性，這使得硬件的功能能夠像軟件一樣通過編程來實現。它與DSP芯片集成，可以在很大程度上提高信號處理的速度，將會使得DSPs在無線通信、多媒體領域有更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1]劉艷萍.DSP 技術原理及應用教程[M].北京:北京航空航天大學出版社，2005

[2]戴明楨，周建江.TMS320C54x DSP 結構原理及應用[M].北京:北京航天航空大學出版社，2001

[3]彭啟宗.TMS320C54x 實用教程[M].成都:電子科技大學出版社，2004

[4]張雄偉，陳亮，徐光輝.DSP 芯片的原理與開發應用[M](第3版).北京:電子工業出版社，2003

[5]http://tech.dianyuan.com/article-8-7589.html