实时DSP系统设计开发流程和DSP处理器开发工具简介

DSP系统设计开发流程

在设计需求规范，确定设计目标时，其实要解决二个方面的问题：即信号处理方面和非信号处理的问题。  

信号处理的问题包括：输入、输出结果特性的分析，DSP算法的确定，以及按要求对确定的性能指标在通用机上用高级语言编程仿真。

非信号处理问题包括：应用环境、设备的可靠性指标，设备的可维护性，功耗、体积重量、成本、性能价格比等项目。  

算法研究与仿真这是DSP应用实际系统设计中重要的一步。系统性能指标能否实现，以何种算法和结构应对需求，都是在这一步考虑的。这种仿真是在通用机上用高级语言编程实现的，编程时最好能仿DSP处理器形式运行，以达到更好的真实性。  

DSP芯片选择中通常有下列几条应注意的：  

（1）精度：表数格式（定点或浮点），通常可以用定点器件解决的问题，尽量用定点器件，因为它经济、速度快、成本低，功耗小。但是在编程时要关注信号的动态范围，在代码中增加限制信号动态范围的定标运算。  

（2）字长的选择：一般浮点DSP芯片都用32位的数据字，大多数定点DSP芯片是16位数据字。而MOTOROLA公司定点芯片用24位数据字，以便在定点和浮点精度之间取得折中。字长大小是影响成本的重要因素，它影响芯片的大小、引脚数以及存储器的大小，设计时在满足性能指标的条件下，尽可能选用最小的数据字。   

（3）存储器安排：包括存储器的大小，片内存储器的数量，总线寻址空间等。片内存储器的大小决定了芯片运行速度和成本，例如TI公司同一系列的DSP芯片，不同种类芯片存储器的配置等硬件资源各不相同。  

（4）开发工具：在DSP系统设计中，开发工具是必不可少的，一个复杂的DSP系统，必须有功能强大的开发工具支持。  

开发工具包括软件和硬件两部分。软件开发工具主要包括：C编译器、汇编器、链接器、程序库、软件仿真器等，在确定DSP算法后，编写的程序代码通过软件仿真器进行仿真运行，来确定必要的性能指标。硬件开发工具包括在线硬件仿真器和系统开发板。在线硬件仿真器通常是JTAG周边扫描接口板，可以对设计的硬件进行在线调试；在硬件系统完成之前，不同功能的开发板上实时运行设计的DSP软件，可以提高开发效率。甚至在有的数量小的产品中，直接将开发板当作最终产品。  

（5）功耗与电源管理：在一些手提便携式的消费类电子产品中，供电电源的节省是很重要的问题，因而目前DSP生产厂商越来越重视这方面。它通常包括供电电压的选择和电源的管理功能。  

供电电压一般取得比较低，实施芯片的低电压供电，通常有3.3V，2.5V，1.8V，0.9V等，在同样的时钟频率下，它们的功耗将远远低于5V供电电压的芯片。  

加强了对电源的管理后，通常用休眠、等待模式等方式节省功率消耗。例如TI公司提供了详细的、功能随指令类型和处理器配置而改变的应用说明。  

（6）成本和厂家的销售后服务：特别要注意DSP芯片的生产和主推产品，以便以低的成本实施来要求产品。但低价位的芯片必然是功能较少、片内存储器少、性能上差一些的，这就带给编程一定的困难。  

（7）支持多处理器：近来各类软件在无线电产品及雷达中的应用中，都需要能处理高数据率、大运算量的应用系统。单一的处理器系统已难以承担这类复杂任务，因而采用多个处理器并行工作。这种情况下，各处理器之间连接和通讯功能是必须要作为主要因素予以考虑的。近年新推出的DSP芯片系列都改善了这方面性能，注意增加专门的接口或DMA通道，来支持多处理器的DSP运行。


DSP处理器软、硬件开发工具简介  

随着DSP处理器的功能不断强化和系统开发周期不断缩短，设计和调试DSP系统越来越依赖于DSP开发系统和开发工具，图2为DSP处理器开发流程图。

虽然厂家不同，但提供的开发调试工具大致类同，一般有下列几种：  

C语言编译器(C Compiler)  

一般厂家为了开发DSP系统方便、减小编写汇编程序的难度，都提供了高级语言设计方法：一般是C语言。开发系统针对DSP库函数、头文件及编写的C程序，自动生成对应的汇编语言，这一步称为C编译。C编译器通常符合ANSI C标准，可以对编写的程序进行不同等级的优化，以产生高效的汇编代码；C编译器还具有对存储器的配置、分配及部分链接功能；并应具有灵活的汇编语言接口等多种功能。  

C编程方法易学易用，但编译出的汇编程序比手工汇编程序长得多，因而效率一般只有20%～40%。为了克服C编译器低效率，在提供标准C库函数同时，开发系统也提供了许多针对DSP运算的高效库函数，例如FFT、FIR、IIR、相关、矩阵运算等，它们都是手工汇编的，带有高级语言调用/返回接口。  

一般为了得到高效编程，在系统软件开发中，关键的DSP运算程序都是自行手工用汇编语言编写，按照规定的接口约定，由C程序进行调用，这样极大提高编程效率。