DSP是什么？詳解DSP又稱數(shù)字信號處理器

　 ? DSP是什么

　　DSP又稱數(shù)字信號處理器。數(shù)字信號處理是將信號以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術(shù)。數(shù)字信號處理與模擬信號處理是信號處理的子集。數(shù)字信號處理的目的是對真實(shí)世界的連續(xù)模擬信號進(jìn)行測量或?yàn)V波。因此在進(jìn)行數(shù)字信號處理之前需要將信號從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，這通常通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。而數(shù)字信號處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。

　　數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing， DSP）與數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）兩者的縮寫都是DSP，但凡是電子信息類專業(yè)的同學(xué)，都知道DSP是這個(gè)學(xué)科最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，但實(shí)際上，很多朋友對這兩個(gè)DSP還有不少的誤解。

　　數(shù)字信號處理是“是將信號以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術(shù)”，這是維基百科的定義。在我們更多人的理解中，數(shù)字信號處理更多的是指理論方面，比如采樣定理、Z變換、線性時(shí)不變理論、濾波器及其設(shè)計(jì)方法（包括FIR與IIR）、頻譜分析（DFT，F(xiàn)FT）等內(nèi)容。更高級的數(shù)字信號處理內(nèi)容還包括自適應(yīng)濾波、功率譜估計(jì)、多速率信號處理、小波變換等等。如果把這個(gè)框擴(kuò)大一些，如定義所言，凡是以數(shù)字方式處理信號的理論均屬于數(shù)字信號處理的范疇。

　　數(shù)字信號處理器則更多的是指具體的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面，也即是說是一類專門用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理算法的半導(dǎo)體器件。這類器件主要針對數(shù)字信號處理典型算法如FIR濾波、FFT等專門優(yōu)化了內(nèi)核硬件結(jié)構(gòu)。比如在尋址方式上提供圓周尋址以更有效地實(shí)現(xiàn)FIR濾波；再比如針對FFT算法中的位反轉(zhuǎn)運(yùn)算，提供了專門的指令；凡此等等，不一而足。只是因?yàn)檫@些有別于通用處理器的設(shè)計(jì)，使得數(shù)字信號處理器非常適合數(shù)字信號處理算法應(yīng)用比較多的場合，比如在通信、語音、視頻、雷達(dá)等許多的領(lǐng)域。

　　這兩者的聯(lián)系是明顯的。數(shù)字信號處理提供思想武器和理論支持，是高高在上的領(lǐng)導(dǎo)者；數(shù)字信號處理器在理論的指導(dǎo)下，實(shí)實(shí)在在地實(shí)現(xiàn)某個(gè)算法的功能，是腳踏實(shí)地的實(shí)踐者。針對某個(gè)特定的應(yīng)用，如果沒有成熟的算法，即便是DSP硬件電路搭建得再好，DSP的編程語言再熟悉，終究是解決不了問題。反過來說，如果算法成熟，如果沒有設(shè)計(jì)優(yōu)良的硬件電路，沒有編寫完善的軟件代碼，同樣也很解決不了問題。在這個(gè)意義上，兩者相互依存，解決實(shí)際問題缺一不可。

　　同樣，這兩者的區(qū)別也是明顯的。數(shù)字信號處理更偏重理論的分析和推導(dǎo)，常用的工具是數(shù)學(xué)語言。數(shù)字信號處理器更偏重實(shí)踐，常用的工具是硬件設(shè)計(jì)的輔助軟件和專門的編程環(huán)境和編程語言。數(shù)字信號處理更本質(zhì)，具有更大的普遍性?；镜睦碚撚啦贿^時(shí)。比如說數(shù)字信號處理基礎(chǔ)的兩大柱石濾波器設(shè)計(jì)與頻譜分析，多少年來，一代又一代的人在不斷學(xué)習(xí)。而數(shù)字信號處理器則具有易變性。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，新的芯片層出不窮，今天還是功能強(qiáng)大的新芯片，明天可能就成了過時(shí)品，在市面上難覓蹤影。另外，數(shù)字信號處理器只是實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的一類芯片，除此之外，其它類型的芯片同樣可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理算法，比如FPGA，功能可能更強(qiáng)大，從這個(gè)角度更能體現(xiàn)數(shù)字信號處理的普遍性。

　　DSP的全稱為Digital Signal Process，即數(shù)字信號處理技術(shù)，DSP芯片即指能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號處理技術(shù)的芯片。近年來，數(shù)字信號處理器（DSP）芯片已經(jīng)廣泛用于自動(dòng)控制、圖像處理、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、儀器儀表和家電等領(lǐng)域;DSP為數(shù)字信號處理提供了高效而可靠的硬件基礎(chǔ)。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令。

　　DSP特點(diǎn)

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　　DSP芯片是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。該芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的指令，可以用來快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。

　　TMS320x24x系列數(shù)字信號處理器是TI公司推出地一種面向數(shù)字馬達(dá)控制、嵌入式控制系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)開發(fā)的新型可編程DSP芯片。LF2407是x240x系列DSP控制器*能最強(qiáng)、片上設(shè)施最完備地一個(gè)型號，被廣泛用于代碼開發(fā)、系統(tǒng)仿真及實(shí)際系統(tǒng)中，其主要特點(diǎn)：

　?。?） 采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使得供電電壓降為3.3V，減小了控制器的功耗;30MIPS的執(zhí)行速度使得指令周期縮短到33ns（30MHz），從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。

　?。?） 兩個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB，每個(gè)包括：兩個(gè)16位通用定時(shí)器;8個(gè)16位的脈寬調(diào)制（PWM）通道。適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和逆變器等。

　?。?） 10位A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為500ns，可選擇由兩個(gè)事件管理器來觸發(fā)兩個(gè)8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換器或一個(gè)16位通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換器。

　　DSP分類

　　基于DSP芯片構(gòu)成的控制系統(tǒng)事實(shí)上是一個(gè)單片系統(tǒng)，因?yàn)檎麄€(gè)控制所需的各種功能都可由DSP芯片來實(shí)現(xiàn)。因此，可以減小目標(biāo)系統(tǒng)的體積，減少外部元件的個(gè)數(shù)，增加系統(tǒng)的可靠性。對于那些性能和精度要求高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、體積小的場合，基于DSP芯片來構(gòu)成控制系統(tǒng)是具有很高性能價(jià)格比的實(shí)現(xiàn)方法。DSP芯片可以按照下列三種方式進(jìn)行分類。

　　按基礎(chǔ)特性分---如果在某時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的任何時(shí)鐘頻率上，DSP芯片都能正常工作，這類DSP芯片一般稱為靜態(tài)DSP芯片。如果有兩種或以上的DSP芯片，它們的指令集和相應(yīng)的機(jī)器代碼機(jī)管腳結(jié)構(gòu)相互兼容，則這類DSP芯片稱為一致性DSP芯片。

　　按數(shù)據(jù)格式分---數(shù)據(jù)以定點(diǎn)格式工作的DSP芯片稱為定點(diǎn)DSP芯片，不同浮點(diǎn)DSP芯片所采用的浮點(diǎn)格式不完全一樣，有的DSP芯片采用自定義的浮點(diǎn)格式，而有的DSP芯片則采用IEEE的標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式。

　　按用途分---按照DSP的用途來分，可分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。

　　DSP應(yīng)用

　　自從DSP芯片誕生以來，DSP芯片得到了飛速的發(fā)展。DSP芯片高速發(fā)展，一方面得益于集成電路的發(fā)展，另一方面也得益于巨大的市場。在短短的十多年時(shí)間，DSP芯片已經(jīng)在信號處理、通信、雷達(dá)等許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。DSP芯片的應(yīng)用主要有：

　?。?）信號處理——如，數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅里葉變換、相關(guān)運(yùn)算、頻譜分析、卷積等。

　?。?）通信——如，調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回坡抵消、多路復(fù)用、傳真、擴(kuò)頻通信、糾錯(cuò)編碼、波形產(chǎn)生等。

　　（3）語音——如語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強(qiáng)、說話人辨認(rèn)、說話人確認(rèn)、語音郵件、語音儲存等。

　?。?）圖像/圖形——如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強(qiáng)、動(dòng)畫、機(jī)器人視覺等。

　?。?）軍事——如保密通信、雷達(dá)處理、聲納處理、導(dǎo)航等。

　?。?）儀器儀表——如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)、地震處理等。

　?。?）自動(dòng)控制——如引擎控制、深空、自動(dòng)駕駛、機(jī)器人控制、磁盤控制。

　?。?）醫(yī)療——如助聽、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護(hù)等。