为了满足数字信号处理的需要，在DSP的指令系统中，设 计了一些完成特殊功能的指令。如：TMS320C54x中的FIRS和 LMS指令，专门用于完成系数对称的FIR滤波器和LMS(Least Mean Square)最小均方算法。
1.3 DSP芯片的特点
5．快速的指令周期 由于采用哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、
每利条用指这令种可流通水过线片结内构多，功加能上单执元行完重成复取操指作、，译就码能、保取证操在 作单数指和令执周行期等内多完个成步数骤字，信实号现处多理条中指用令得的最并多行的执乘行法，-从累而加在运 不算提。高如系：统时钟频率的条件下n减少每条指令的执行时间。
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T1
T2
T3
特殊的指令以及集成电路的优化设计，使指令周期可在20ns 以下。如：TMS320C67x的运算速度为100MIPS (Million Instructions Per Second)，即100百万条/秒。 6．硬件配置强
新一代的DSP芯片具有较强的接口功能，除了具有串行 口、定时器、主机接口（HPI）、DMA控制器、软件可编程 等待状态发生器等片内外设外，还配有中断处理器、PLL、 片内存储器、仿真器接口等单元电路，可以方便地构成一个 嵌入式数据处理系统。
典型 DSP 系统
抗混叠 滤波器
A/D
DSP
D/A
平滑 滤波器
x(t)
x(n)
DSP系统基于软件设 计，灵活性高，抗干 扰能力强
y(n)
y(t)
A/D与D/A转换器建立 起了数字世界与现实模拟 世界之间的桥梁
DSP系统的处理过程
① 将输入信号x(t)进行抗混叠滤波，滤掉高于折 叠频率的分量，以防止信号频谱的混叠；
通用DSP划分为定点DSP和浮点DSP两类。 若数据以定点格式工作的——定点DSP芯片。 若数据以浮点格式工作的——浮点DSP芯片。 不同的浮点DSP芯片所采用的浮点格式有所不同，有的
DSP芯片采用自定义的浮点格式，有的DSP芯片则采用IEEE的 标准浮点格式。
1.4 DSP芯片的分类
2. 按用途分类 按照用途，可将DSP芯片分为通用型和专用型两大类。 通用型DSP芯片：一般是指可以用指令编程的DSP芯片，
第一章 DSP概述
第一章 DSP概述
1.1 DSP芯片的概念 1.2 DSP芯片的发展 1.3 DSP芯片的特点 1.4 DSP芯片的分类 1.5 DSP系列产品
1.1 DSP芯片的概念
DSP---Digital Signal Processing DSP---Digital Signal Processor 前者对应“数字信号处理”这门课，侧重理论和 算法的研究 后者对应“DSP原理与应用”这门课，主要来学习 DSP芯片的结构和使用方法
目前，生产通用DSP芯片的厂家如下： TI (美国德州仪器公司) ADI (亚德诺半导体公司/美国模拟器件公司) Freescale (飞思卡尔半导体公司，原摩托罗拉半导体) Lucent (朗讯科技公司---以贝尔实验室为后盾) NEC (日本电气股份有限公司公司)
② 经采样和A/D转换器，将滤波后的信号转换为 数字信号x(n)；
③ 数字信号处理器对x(n)进行处理，得数字信号 y(n)；
④ 经D/A转换器，将y(n)转换成模拟信号； ⑤ 经低通滤波器，滤除高频分量，得到平滑的模
拟信号y(t)。
数字信号处理的实现
数字信号处理的实现是指用硬件、软件或软硬结 合的形式来实现各种算法，一般有以下几种方法：
③④①用用在专通通用用用的的计D可算S编P机芯程上片D用来S软P实芯件现片（，实如专现C用，语集具言成有）电可来路编实A程现S性I，C和但也强速属大度于的慢此处，类 不用度号。户理中②适的。处一所能用合扩不理般需力于单实 展 适。说的，主片时板合不来存可导机数卡于适，储完地（字或嵌合器成位D例S信协入于复。(P包如核号处式以 杂括8是处理应9乘的CC通理器用累数a5c1用。，。h加字）eD可用、运信来S以以R算号P实A器在增为处现M件通强主理，、中用运的的用R的计算密算O于CM算能集法不P、机力型，U太部F系和在D复laS分统提实s杂Ph，算中高时、的再法加运DE数SP配。入算字PR上领专速O信用M域) 和外设(包括串口、并口、主机接口、DMA、定时器等)，组成 用户的ASIC，用在要求信号处理速度极快的特殊场合，如 FFT、数字滤波、卷积、相关算法等，算法由内部硬件电路实 现。
43;1
N+2
N+3
指令译码
N-1
N
N+1
N+2
取操作数
N-2
N-1
N
N+1
执行指令
N-3
N-2
N-1
N
四级流水线操作
1.3 DSP芯片的特点
3. 配有专用的硬件乘法-累加器 为了适应数字信号处理的需要，当前的DSP芯片都配有
专用的硬件乘法-累加器，可在一个周期内完成一次乘法和 一次累加操作，从而可实现数据的乘法-累加操作。如矩阵 运算、FIR和IIR滤波、FFT变换等专用信号的处理。 4. 具有特殊的DSP指令
1.3 DSP芯片的特点
CPU
I/O口
串行接口
并行接口
数据总线DB 地址总线AB
ROM
RAM
外部存储 器接口
冯·诺伊曼结构
1.3 DSP芯片的特点
（2）哈佛（Harvard）结构 该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分
开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独 立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、 指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处 理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处 理。
1．采用哈佛结构 DSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构 或改进的哈佛结构，比传统处理器的冯·诺伊曼结构有更快的 指令执行速度。
1.3 DSP芯片的特点
(1) 冯·诺伊曼（Von Neuman）结构 该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个存 储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都 是通过一条总线分时进行。 当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操作 数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作速度较 慢。
这个时期的代表性器件有 Intel2920(Intel) PD7720(NEC) TMS320C10(TI) DSP16(AT&T) S2811(AMI) ADSP-21(AD)
1.2 DSP芯片的发展
第二阶段，DSP的成熟阶段（1990年前后） 这个时期的DSP器件在硬件结构上更适合数字信号处理的 要求，能进行硬件乘法、硬件FFT变换和单指令滤波处理，其 单指令周期为80~100ns。 如TI公司的TMS320C20，它是该公司的第二代DSP器件, 采用了CMOS制造工艺，其存储容量和运算速度成倍提高，为 语音处理、图像硬件处理技术的发展奠定了基础。 20世纪80年代后期，以TI公司的TMS320C30为代表的第 三代DSP芯片问世，伴随着运算速度的进一步提高，其应用范 围逐步扩大到通信、计算机领域。
1.3 DSP芯片的特点
CPU
I/O口
串行接口
并行接口
外部管理数据总线
外部管理地址总线 数据总线
数据地址总线 程序数据总线
ROM
RAM
外部存储 器接口
外部管理数据总线 外部管理地址总线 数据总线 数据地址总线 程序数据总线 程序地址总线
程序地址总线
哈佛结构
1.3 DSP芯片的特点
2．采用流水线技术
如 如 如： ： ：雷数 调 语 二 保6达字 制 音 维 密. 仪处滤 解 编 和 通器理波 调 码 三 信、器维仪自、语图表适自音形应适合处滤应成理波均、、、衡、 快 相 卷 数 回 传 移 语 语 图 图 图 动 声 导 导 电 全789速 关 据 波 真 动 音 音 像 像 像 画 纳 航 弹 子 球... 自医家积傅 运 加 抵 、 通 识 邮 压 鉴 转 、 处 制 对 定动疗用、氏 算 密 消 扩 信 别 件 缩 别 换 电 理 导 抗 位模G变、、、频、、、与、子控工电P式换频数多通纠语语传图模地制程器S匹、谱据路信错音音输像式图配分压复、编增存、增识、Hi、析缩用译强储强别lbe、、、码、、、rt、变换、 1窗 可 文 机 搜 情0函 视 本 器 索 报. 计—数 电 人 与 收语、 话 视 跟 集算音波、觉踪与转形路等处机换产由；理等生器等；等等；；
DSP芯片的应用
随着DSP芯片价格的下降，性能价格比的提高，DSP芯片 具有巨大的应用潜力。
主要应用：
如如：：数模频声 发 自 X心 超 音 音 玩 数 图引助高震-据态谱动 动 电 声 乐 调 具 字 形擎听保裂射123采分分机驾图设合控与电加控器真处线... 集析控析控驶备成制游话速/制音理扫信通语脑、、、制戏器/响器描电电号锁暂函图视处相态数信音理环分发、 析生、、 石机 核 高 工油器 磁 清 作4/人共晰站地. 控振度图质制电勘像视探处H、理DTV 地磁 神 诊 病 变 机 多震盘 经 断 人 频 顶 媒5预网工监空盒体/光. 测络具护调等计军盘与控等算伺处制机服理等等控事等制；
1.3 DSP芯片的特点
7．支持多处理器结构 为了满足多处理器系统的设计，许多DSP芯片都采用支
持多处理器的结构。如：TMS320C40提供了6个用于处理器 间高速通信的32位专用通信接口，使处理器之间可直接对通 ，应用灵活、使用方便；
8．省电管理和低功耗 DSP功耗一般为0.5~4W，若采用低功耗技术可使功耗降
这个时期的器件主要有：TI公司的 TMS320C20、C30、C40、C50系 列，Motorola公司的DSP5600、 9600系列，AT&T公司的DSP32等
1.2 DSP芯片的发展