dsp技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

dsp技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

一、dsp系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域“pd”的概念最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。直到1970年代。他們介紹了sd的理論和算法基礎(chǔ)。而當(dāng)時(shí)DSP僅僅停留在教科書上,即便是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立組件組成的,其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事、航空航天部門。1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。到了80年代中期,第二代DSP芯片伴隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生,它在存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度上都得到了成倍的提高。80年代后期,第三代發(fā)明的DSP芯片運(yùn)算速度得到了進(jìn)一步提高,其應(yīng)用于范圍逐步擴(kuò)大到通信和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。90年代后DSP技術(shù)迅猛發(fā)展,大約每2-3年就更換一代產(chǎn)品。新型集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,如今DSP產(chǎn)品的應(yīng)用已擴(kuò)大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個(gè)方面,將我們帶入數(shù)字化生活時(shí)代。二、數(shù)字信號(hào)處理器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(一)兩種處理方式在20世紀(jì)30年代中期,德國科學(xué)家馮.諾依曼發(fā)明了新的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),并命名馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)(圖1),我們PC機(jī)的CPU就是基于馮諾伊曼的體系結(jié)構(gòu)。但是,當(dāng)程序指令與數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間和單一的地址及數(shù)據(jù)總線的這一結(jié)構(gòu)在面對(duì)高速實(shí)時(shí)處理時(shí),就會(huì)造成總線擁擠,哈佛大學(xué)將其加以改進(jìn)后研制的MARK2I計(jì)算機(jī)采用了與馮.諾伊曼完全不同的另一種計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)(圖2),稱為“哈佛結(jié)構(gòu)”這種結(jié)構(gòu)由于采用了完全隔離的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及雙獨(dú)立總線,大大的提高了運(yùn)算處理速度。與馮.諾曼結(jié)構(gòu)處理器比較,哈佛結(jié)構(gòu)處理器有兩個(gè)明顯的特點(diǎn):(1)使用兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊,分別存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù),每個(gè)存儲(chǔ)模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存;(2)使用獨(dú)立的兩條總線,分別作為CPU與每個(gè)存儲(chǔ)器之間的專用通信路徑,而這兩條總線之間毫無關(guān)聯(lián)。后來,又提出了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),如圖3所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:1()使用兩個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)器模塊,分別存儲(chǔ)指令和數(shù)據(jù),每個(gè)存儲(chǔ)模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存,以便實(shí)現(xiàn)并行處理;(3)兩條總線由程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分時(shí)共用。(二)減少指令執(zhí)行時(shí)間與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān),DSP芯片廣泛采用流水線操作以減少指令執(zhí)行時(shí)間,流水作業(yè),使取指令、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行,指令可以在單個(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成,從而極大的提到了運(yùn)算速度。(三)線分開控制采用獨(dú)立的硬件乘法器,指令總線和數(shù)據(jù)總線分開控制,乘法指令在單周期內(nèi)完成,優(yōu)化卷積、數(shù)字濾波、快速傅里葉變換、離散余弦變換、矩陣運(yùn)算等算法中的大量重復(fù)算法。(四)實(shí)時(shí)dsp的指令周期哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令,可使DSP芯片的指令周期在200ns以下?？焖俚闹噶钪芷谑沟肈SP芯片能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)許多DSP應(yīng)用?？梢灶A(yù)見,隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,工作頻率還將繼續(xù)提高,指令周期將進(jìn)一步縮短。(五)多個(gè)dsp芯片的并行處理隨著數(shù)字信號(hào)處理器DSP芯片的廣泛使用和DSP芯片價(jià)格的不斷降低,多個(gè)DSP芯片的并行處理已經(jīng)成為近年來的研究熱點(diǎn),通過并行、串行和外存儲(chǔ)器等接口使多個(gè)芯片可以很方便的并行或串行工作以提高處理速度。三、dsp芯片在其他領(lǐng)域的應(yīng)用自從DSP誕生以來,DSP得到了飛速的發(fā)展。這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(chǎng)。在短短的十多年時(shí)間,DSP芯片已經(jīng)在信號(hào)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(hào)處理、通信、語音、圖像/圖形、軍事、儀器儀表、自動(dòng)控制、醫(yī)療以及家用電器。四、fpga模塊單元DSP正不斷滿足人們?nèi)找嫣岣叩囊?逐漸朝向個(gè)人化和低功耗化方向發(fā)展,它的發(fā)展的前景是非?？捎^的。系統(tǒng)級(jí)集成DSP是潮流,將幾個(gè)DSP芯核,MPU芯核,專用處理單元,外圍電路單元,存儲(chǔ)單元都集成在一個(gè)芯片上,成為DSP系統(tǒng)級(jí)集成電路;可編程DSP是主導(dǎo)產(chǎn)品;DSP的內(nèi)核結(jié)構(gòu)加強(qiáng)改善;定點(diǎn)DSP是主流,定點(diǎn)運(yùn)算的可編程DSP器件仍是市場(chǎng)上的主流產(chǎn)品;追求更高的運(yùn)算速度還有進(jìn)一步降低功耗和芯片尺寸;與可編程器件結(jié)合,可在基站中用來實(shí)現(xiàn)高速處理功能,適應(yīng)無線通信和多媒體等領(lǐng)域多功能的需要。五、dsp的發(fā)展方向日臻成熟的DSP目前有許多需要改進(jìn)的地方,同時(shí)也面臨著挑戰(zhàn)。由于新的應(yīng)用程序發(fā)展速度驚人,提供的DSP必須在功率、性能和使用壽命上跟上這種速度,應(yīng)對(duì)當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn),并準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)未來的應(yīng)用。DSP的發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)也體現(xiàn)在CPU速度的急速增快和價(jià)格的持續(xù)下降,使DSP制造商面臨兩種選擇,一種是加快DSP的發(fā)展,另一種是退出競爭。各個(gè)制造商必須以多元化投資轉(zhuǎn)到單一化投資,確立以DSPS為主要發(fā)展的產(chǎn)品,即集所有技術(shù)、所有產(chǎn)品于DSP。DSP在各個(gè)領(lǐng)域日益增長的應(yīng)用帶動(dòng)了DSP自身的發(fā)展,DSP在其它領(lǐng)域的潛力也是巨大的,在以后的發(fā)展中會(huì)以更加優(yōu)良的性能出現(xiàn)