DSP开发入门之经验分享

DSP是Digital Signal Processing(数字信号处理)或Digital Signal Processor(数字信号处理器)的缩写。这一章中我们要讲的内容是，如何开始采用一个或多个数字信号处理芯片对输入信号(数字信号)进行分析、处理。所以在你进行DSP开发之前，你应该明确以下几个问题:

(1).你是否应该或需要使用DSP?

(2).你应该选择哪个型号的DSP?

(3).你熟悉你即将使用的DSP吗?包括它的硬件结构、外设控制、指令系统、寻址方式以及开发环境(工具)?

1-1为什么要采用数字信号处理?

(1)灵活性

在模拟处理系统，当需要改变一个模拟系统的应用时，你可能不得不修改硬件设计，或调整硬件参数。而在数字处理系统，你可以通过改变数字信号处理软件来修改设置，以适应不同的需要。

(2)精度

在模拟处理系统，系统精度受元器件影响，同一批次产品可能有不同的性能。而在数字处理系统中，精度仅与A/D的位数和计算机字长、算法有关，它们是在设计系统是就已经决定了的。

(3)可靠性和可重复性

模拟系统易受环境温度、湿度、噪声、电磁场等的干扰和影响，而数字系统的可靠性和可重复性好。

(4)大规模集成

模拟系统尽管已有一些模拟集成电路，但品种较少、集成度不高、价格较高。而数字系统中DSP体积小、功能强、功耗小、一致性好、使用方便、性能/价格比高。

(5)虚拟特性与升级

一模拟系统系统只能对应一种功能，升级意味着新型号的系统的研制。而数字系统中一套系统对应多种功能，只要装上不同的软件即可。

图1：软件使得数字系统更加灵活

(6)特殊应用:有些应用只有数字系统才能实现

例如:信息无失真压缩(LOSSLESS COMPRESSION)、V型滤波器(NOTCH FILTER)、线性相位滤波器(LINEAR PHASE FILTER)等等.

但数字信号处理也有局限性:

(1) 实时性

模拟系统中除开电路引入的延时外，处理是实时的。而数字系统:由计算机的处理速度决定。

(2)高频信号的处理:

模拟系统可以处理包括微波毫米波乃至光波信号，而数字系统:按照奈奎斯特准则的要求，受S/H、A/D和处理速度的限制。

(3)模拟与数字信号的转换

现实世界的信号绝大多数是模拟的(温度、速度、压力等)，转换成的电信号也是模拟的(电流、电压等)。要实现数字处理，就必须进行转换。所以一般在一个DSP系统中都有数/模或模/数转换电路，这也限制了DSP的应用。下面是一个采用DSP做信号处理的典型框图:

采用DSP做信号处理的典型框图

1-2 DSP的发展与特点

DSP的特点

(1)哈佛结构

程序与数据存储空间分开，各有独立的地址总线和数据总线，取指和读数可以同时进行，从而提高速度。

(2)用指令流水线

(3)硬件乘法/累加器

在卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中，都有∑SA(k)B(n－k)一类的运算，其中包含大量重复乘法和累加。在通用计算机的乘法用软件实现，需要用若干个机器周期。而DSP有专用的硬件乘法器，使用MAC指令(取数、乘法、累加)，可以在单周期内完成。

(4)多种寻找方式

循环寻址(Circular addressing)，位倒序(bit-reversed)等特殊指令，使FFT、卷积等运算中的寻址、排序及计算速度大大提高。1024点FFT的时间己小于1ms。

(5)独立的DMA总线和控制器

有一组或多组独立的DMA总线，可以与CPU的程序、数据总线并行工作。在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s以上。(6)多处理器接口现在的DSP中大多都提供了串口和并口，使多个处理器可以很方便的并行或串行工作。如TMS320C40有6个8-bit的接口，VC5420提供MsBSP和16位的并口，ADI的ADSP21160也有类似的结构。

(7)所有DSP芯片都包含JTAG(Joint Test Action Group)标准测试接口(IEEE 1149标准接口)，便于对DSP作片上的在线仿真和多DSP条件下的调试。

DSP的发展

更高的运行速度和信号处理速度

多DSP协同工作

更方便的开发环境

大量专用DSP的出现(DSP核)

更低的价格，或更高的性能/价格比

更广泛的应用(每年以30％增长)

更低的功耗(55X 0.05mw/MIPS)

1-3 TI的DSP系列

DSP的主要供应商

目前市场上的主要DSP生产商包括TI，ADI，Motorola，Lucent和Zilog等，其中TI占有最大市场份额。作为第一片DSP产品TMS32010的生产商和DSP行业的领头者，TI公司的产品包括从低端的低成本低速度DSP到高端大运算量的DSP产品。

TI的三大主力DSP产品

C5000系列:C54X，C54XX，C55X(低功耗)

C2000系列:C20X，F20X，F24X，F24XX(控制器)

C6000系列:C62XX，C67XX，C64X(高性能)

TI其他DSP产品

C3X系列(浮点):C30，C31，C32，VC33

C2x和C5x系列:C20，C25，C50等

C4X、C8X系列

1.4 TI的DSP系列介绍

目前，广泛使用的TI的DSP有三个系列:C2000，C5000和C6000，C3X也有使用，而其他型号都基本