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应用DSP的领域可以说是不胜枚举，电视会议系统里 ，也大量应用DSP器件。视听机器里也都应用DSP。随着科 学技术的发展，将会出现许许多多的DSP新应用领域。 可编程DSP前景可观 90年代以来，数字信号处理器（DSP）已经成为世界半导体产业的又一个热点。 TI看好DSP TI公司（Texas Instruments） ADI紧追不舍 ADI(Analog Devices,Inc.) Lucent不甘示弱 Lucent Technologies Microelectronics Siemens紧盯DSP DSP开发方案的设计与选择 北京闻亭科技发展有限责任公司 董永宏 十多年前，DSP以其高速、低功耗和高集成度在军事、航天等领域大显身 手；随着半导体工艺的进步和工业民用领域的大量采用，近几年来，DSP 价格大幅下调，而性能却不断提高，以不可阻挡的趋势，进入通信、工 业控制和消费领域，DSP正日渐成为现代信息产业的重要基石。 从DSP应用范围看，DSP可分为通用DSP和专用DSP两种。其中专用DSP往往 是实现信号处理的某些专项功能，实现方式则往往是通用DSP的掩模版本 。生产通用DSP的主要厂家有TI公司，AD公司，Motorola，Lucent，其中 TI公司著名的TMS320系列占据了国际市场接近一半的市场份额。 当我们确定了采用DSP方案以后，首先要做的就是DSP系统的功能需求分 析，根据需求，选择合适的DSP芯片和相应的开发，仿真工具。 一、DSP系统的功能需求分析 在确定了某个具体应用以后，我们要做的第一件事就是构造出一个DSP系 统功能框图（图略）。DSP系统设计中要考虑如下几个重要方面： 1. DSP系统处理的模拟带宽。根据这个带宽，选择合适的A/D采样率，A/D 采样频率必须服从采样定理。语音信号一般为几kHz～几十kHz，图像信号 则可达8MHz。 2. 实时性要求。系统设计中实时与非实时对系统要求的差异非常之大。 3. 算法的复杂度。为了获得好的系统处理性能，往往要采用复杂算法， 而算法越复杂，对DSP处理器的要求也就越多。有时需要在算法的复杂度 和处理速度之间进行折衷。 4. DSP系统处理精度要求。一般而言，在高精度要求中往往采用专业浮 点DSP，其它场合采用定点DSP就足够了。在实际应用中，采用块浮点方 法能有效提高定点DSP的处理精度。 5. 成本要求。在军事和航天用途中，为了高性能、高可靠性和留有发 展余地，往往尽量采用高性能DSP处理器，甚至不计成本。而在工业和 消费领域中，为了保持最终产品在市场上的竞争力，往往要寻找性能 价格比最好的产品。 6. 可靠性要求。DSP处理系统所有器件的选择，必须考虑产品的最后 应用场合，原则上星载系统采用宇航级，军事应用采用军品，工业场合 选用工业级器件，民用选用商品级即可。最后所选用的器件要考虑是否 有对应的级别。 7. 方便开发和使用。为了方便开发仿真，DSP系统设计师最好选用带 JTAG硬件仿真接口的DSP芯片，既能方便开发，又便于此后生产中的测 试。 二、DSP算法的验证与模拟 一个实际的DSP处理系统必然要使用各种算法，要求DSP系统设计者在 选择某种算法前就精通各种算法的细节是不现实的。DSP处理系统所选 用的算法无非是各种通用算法的组合和改进。革命性的算法不是DSP设 计师的任务，DSP系统设计师应尽量选用成熟可靠，经过时间考验的算 法而支持各种通用算法的DSP模拟软件市场上已有不少。我们对其中的 一些优秀产品作简单介绍： 1. SPW工作站：Cadence公司产品：含有大量的算法库，对通信系统设 计尤其适合。 2. Matlab工具包：该软件在国内高校中已经开始流行，该软件矢量矩 阵处理功能很强，最新版本中信号处理功能大大加强。 3. Dalisp软件：优秀的信号处理软件包，网上有免费的高校版，读者 可自行下载使用。 在用如上的工具模拟挑选出了合适的算法组合以后，设计师就可应用高 级语言在PC机上进行实际编程验证，设计出DSP的软件处理流程，并给 出最终可实现的软件需求分析。 三、DSP开发工具的选择 在选定了DSP器件型号后，DSP开发工具的选择 就提到议事日程。使用开发工具的目的，是为了调试DSP系统的硬件和 软件。常言道：工欲善其事，必先利其器，选择一个适合的开发工具， 对加快开发进度、保证开发质量有很大的帮助。 DSP必备的开发工具有如下几种： ASM/LINK 汇编/链接器 JTAG硬件仿真器 可全透明地访问DSP的所有资源而不占用用户任何资源 Debugger调试器 其他选件还有：C编译器、实时操作系统和算法库。 下面以TMS320C2XX/C24X系列为例，介绍国内外DSP开发系统简况。 1. 汇编/链接器：该软件由TI公司的产品提供，型号为TMD324850 02 2. JTAG硬件仿真器：TI公司型号为XDS510，TI公司正式认证的国内第三 方合作伙伴也能提供JTAG硬件仿真器。但用户选择国内产品时，应注意有 的仿真器无法与TI公司的XDS510兼容，而北京闻亭等公司的产品却能与 XDS510兼容得非常好。兼容意味着用户的很多投资可得到保护。 3. Debugger调试软件：与XDS510配合使用，通过该软件能访问用户DSP 系统的所有资源。 最新的调试软件应该基于Win95平台，能够图形化，有效地显示存储器 的波形和频谱。另外，将C编译、汇编/链接调试集成在一起的集成调试 环境是新一代调试软件的必备功能。 四、DSP系统调试 在选择了合适的DSP开发工具后，设计师就会做具体的硬件设计和软件设计。 硬件设计应注意如下要点： 1. 认真处理好复位和时钟信号。 2. 在DSP电路中，对所有的输入信号必须有明确的处理，不能悬浮和置 之不理。 3. 模拟电路和数字电路独立布线，最后单点连接电源和地。软件设计则 应严格按照软件工程的方法进行管理。 一个实际的DSP系统的调试总要经过多次反复，需要设计者和调试者有足 够的耐心，坚强的意志和九死一生的精神。做一个现代设计师非常辛苦， 必须不断的纠正自己所犯下的各种设计错误。只有当系统可靠地运行， 并得到市场和社会的承认后，才能松一口气，美美的睡上一觉，然后又 充满信心地开始下一轮的设计。◆ DSP在现代通信中的应用 北京大学电子学系 余道衡 数字信号处理的基础 数字信号处理(DSP)是利用专用或通用的数字信号处理芯片，以数字计 算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能 力强、体积小等优点。DSP已经成为一个新的技术领域和独立的学科体 系，当前已经形成了有潜力的产业和市场，在现代通信中也得到十分 广泛和成功的应用。 通信中应用的DSP也有硬件、算法和理论等三个基础，支撑着它的发展 和应用。硬件是指用VLSI(超大规模集成电路)实现的专用或通用芯片， 目前许多芯片的运算速度已达每秒几千万次操作，价格也大幅度降低。 用于通信的算法，包括信源编码(压缩)和解码、信道编码和解码、信号 调制和解调、信道均衡、噪声对消、信号的加密和解密等。自成体系的 理论包括离散线性系统理论、离散和快速变换理论、数字滤波理论、量 化效应和误差理论、信号检测理论和小波变换理论等。 数字信号处理的优势 数字信号处理能广泛应用于现代通信中，是因为DSP与模拟信号处理相 比，具有以下优点： 信号处理的动态范围大，有比模拟信大30dB的动态范围，因而有更高 的精度。 数字信号处理仅受量化误差和有限字长的影响，处理过程不产生其它 噪声，具有更高的信噪比。 具有高度的灵活性，能够快速处理、缓存和重组，可以时分多用、并 行处理，还可以灵活地改变系统参量和工作方式，并以利用系统仿真。 具有极好的重现性、可靠性和预见性。 算法具有直接的可实现性。 对白噪声、非平衡干扰和多径干扰，可以有相应的最佳化的实现方法 去进行特有的信号处理。 以上优点是DSP在现代通信中应用的重要保证。 DSP在国内通信中的应用 DSP有两种典型的应用模式，一种是用同步控 制单元实现多路DSP处理，另一种用高速信号处理芯片完成各类实时处 理。DSP在现代通信中应用主要是后一种模式。当前用于通信的DSP器 件可以完成每秒上亿次的运算，已经能够胜任现代通信中实时处理的 要求。 随着DSP芯片产品性能的迅速提高和价格不断地下降，以及各种算法的 改进，DSP在国内通信中的应用进程发展很快。 在80年代末和90年代初大都采用TMS320C20和TMS320C25芯片完成通信 电路的部分功能。例如，用C20完成话密系统的简单加密和解密电路； 用C25完成可视电话的解码器；用C25完成全自动无线电话的双向数据 交换等。 90年代中期以来，DSP的应用日益增加。这些均属技术机密，其细节大 都不在杂志上公开发表，这里，只能简介一些应用实例的大概情况。 北京大学电子系一个学生代表队，用TMS320C32芯片完成了基于DSP的 双工保密电话，获得了1997年TI DSP设计大奖赛中国/香港地区第二名。 此项工作采用北京闻亭公司的TDS-TMS320C3X软硬件仿真开发系统，用 C32芯片完成了系统的加密和解密算法。 某高校用两片TMS320C31完成双通道(立体声)宽带音频压缩编码，其中 包括子带分析、心理声学模型和量化编码等算法。 清华大学用C80芯片实现了视频图像压缩编解码器，完成了包括运动预 测和DCT变换算法在内的信号处理，其计算量超过每秒10亿次。 中科院声学所用ADSP21020完成视听多媒体桌面通信系统中的图像压缩 编码、图像解码还原、后处理和图像显示列队等信号处理。 DSP在数字移动通信中的应用 当前的数字移动通信有美国的TDMA(时分多址，IS-54标准)、欧洲的TDMA (GSM体制)以及美韩的CDMA(码分多址，IS-95标准)等制式。 国外用TMS320C54芯片可以完成语音编码器、误差修正、信道编解码器、 均衡、解调和校验等多种功能。在欧洲的GSM制式的数字移动电话手机中 ，其基带处理采用了以DSP为核心的CDSP专用芯片(包括DSP和模拟处理)。 国内的研发者也用C54芯片完成了语音编解码和信道编解码的功能，并把 它们用于CDMA(IS-95)制式中。 笔者认为，DSP在数字移动通信中的应用，主要是进行数字基带信号处理， 包括： 1. 信源编码和解码(语音编解码) 2. 信道编解码：卷积编码、块交织、维特比译码等 3. 调制解调：QDPSK，GMSK，BPSK/QPSK等 4. 其它：均衡、误差校正、加解密、校验等。 当前国内的研发工作，首先是在板级电路中应用通用DSP芯片和FPGA芯片 实现数字基带信号处理功能，在完成算法的调试后，再生产以DSP芯片为 核心的专用芯片。当前关键工作是研究优良的算法，并设法在DSP芯片上 实现。◆ DSP生产厂家及特性价格 以下资料未经证实，只供参考．Ｙ＆Ｔ (1998,8) 厂家及型号 运算 数据 程序 运行 程序 程序 数据 数据 价格 形式 长度 长度 速度 ROM RAM ROM RAM (美元) (位) (位) (MIPS) Analog Devices ADSP2186 定点 16 24 40 无 8k 无 8k 9～12 ADSP21060 浮点 32 48 33&40 无 80k 无 128k 200～300 ADSP21061 浮点 32 48 33&40 无 16k 无 32k 49～60 Lucent DSP1609 定点 16 16 100 24k 2k 24k 2k 4.95 DSP1610 定点 16 16 40 512K*8（4Mbit） 8k 512k 8k 57 DSP1620 定点 16 16 120 512K*8（4Mbit）32k 4k 32k 50 Motorola DSP56812 定点 16 16 60 24k 2k 5 DSP56824 定点 16 16 60 32k 3.5k 6.75 NEC μDP77015 定点 16 32 60 4K 256 2×2K 2×1K 14 Philips Trimedia 浮点 32 <=224　665 - - - - 65 SGS-Thomson ST18952 定点 16 16 100 - 32K - 16.5K 20 TI TMS320C2XX 定点 16 16 <=40 4K~32K 256~4.25K - 544~4.5K 6~12 TMS320C6201 定点 8,16 32 1600 - 16K - 64K 125 ,32 TMS320C6701 浮点 32 16 1GFIOPS - 16K - 16K 225 TMS320C8X 浮点 32,64 32,64 >250 - 12K - 4~4.75K 220~500 A DSP SITE IN TEST:http://stream