dsp是什么 dsp的應(yīng)用有哪些
digital signal processing 數(shù)字信號處理作為一個案例研究，我們來考慮數(shù)字領(lǐng)域里最通常的功能：濾波。dsp研究報告指出，濾波就是對信號進行處理，以改善其特性。例如，濾波可以從信號里清除噪聲或靜電干擾，從而改善其信噪比。為什么要用微處理器，而不是模擬器件來對信號做濾波呢?我們來看看其優(yōu)越性，下面具體了解一下dsp是什么。
dsp是什么
dsp是什么 dsp的應(yīng)用有哪些
· 模擬濾波器(或者更一般地說，模擬電路)的性能要取決于溫度等環(huán)境因素。而數(shù)字濾波器則基本上不受環(huán)境的影響。
· 數(shù)字濾波易于在非常小的寬容度內(nèi)進行復(fù)制，因為其性能并不取決于性能已偏離正常值的器件的組合。
· 一個模擬濾波器一旦制造出來，其特性(例如通帶頻率范圍)是不容易改變的。使用微處理器來實現(xiàn)數(shù)字濾波器，就可以通過對其重新編程來改變?yōu)V波的特性。
dsp是什么?信號處理方式的比較
比較因素 模擬方式 數(shù)字方式
修改設(shè)計的靈活性 修改硬件設(shè)計，或調(diào)整硬件參數(shù) 改變軟件設(shè)置
精度 元器件精度 a/d的位數(shù)和計算機字長，算法
可靠性和可重復(fù)性 受環(huán)境溫度、濕度、噪聲、電磁場等的干擾和影響大 不受這些因素的影響
大規(guī)模集成 盡管已有一些模擬集成電路，但品種較少、集成度不高、價格較高 dsp器件體積小、功能強、功耗小、一致性好、使用方便、性能/價格比高
實時性 除開電路引入的延時外，處理是實時的 由計算機的處理速度決定
高頻信號的處理 可以處理包括微波毫米波乃至光波信號 按照奈準則的要求，受s/h、a/d和處理速度的限制
dsp是什么?digital signal processor 數(shù)字信號處理器
微處理器(microprocessor)的分類
通用處理器(gpp)
· 采用馮.諾依曼結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)的存儲空間合二而一
· 8-bit apple(6502)，nec pc-8000(z80)
· 8086/286/386/486/pentium/pentium ii/ pentium iii
· powerpc 64-bit cpu(sun sparc，dec alpha, hp)
· cisc 復(fù)雜指令計算機, risc 精簡指令計算機
· 采取各種方法提高計算速度，提高時鐘頻率，高速總線，多級cashe，協(xié)處理器等
single chip computer/ micro controller unit(mcu)
· 除開通用cpu所具有的alu和cu，還有存儲器(ram/rom)寄存器，時鐘，計數(shù)器，定時器，串/并口，有的還有a/d，d/a
· intel mcs/48/51/96(98)
· motorola hcs05/011
dsp
· 采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)分開存儲
· 采用一系列措施保證數(shù)字信號的處理速度，如對fft的專門優(yōu)化
mcu與dsp的簡單比較
mcu dsp
低檔 高檔 低檔 高檔
指令周期(ns) 600 40 50 5
乘加時間(ns) 1900 80 50 5
us$/mips 1.5 0.5 0.15 0.1
dsp是什么?dsp處理器與通用處理器的比較
考慮一個數(shù)字信號處理的實例，比如有限沖擊響應(yīng)濾波器(fir)。用數(shù)學語言來說，fir濾波器是做一系列的點積。取一個輸入量和一個序數(shù)向量，在系數(shù)和輸入樣本的滑動窗口間作乘法，然后將所有的乘積加起來，形成一個輸出樣本。類似的運算在數(shù)字信號處理過程中大量地重復(fù)發(fā)生，使得為此設(shè)計的器件必須提供專門的支持，促成了了dsp器件與通用處理器(gpp)的分流：
1 對密集的乘法運算的支持gpp不是設(shè)計來做密集乘法任務(wù)的，即使是一些現(xiàn)代的gpp，也要求多個指令周期來做一次乘法。而dsp處理器使用專門的硬件來實現(xiàn)單周期乘法。dsp處理器還增加了累加器寄存器來處理多個乘積的和。累加器寄存器通常比其他寄存器寬，增加稱為結(jié)果bits的額外bits來避免溢出。同時，為了充分體現(xiàn)專門的乘法-累加硬件的好處，幾乎所有的dsp的指令集都包含有顯式的mac指令。
2 dsp是什么、存儲器結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)上，gpp使用馮.諾依曼存儲器結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中，只有一個存儲器空間通過一組總線(一個地址總線和一個數(shù)據(jù)總線)連接到處理器核。通常，做一次乘法會發(fā)生4次存儲器訪問，用掉至少四個指令周期。大多數(shù)dsp采用了哈佛結(jié)構(gòu)，將存儲器空間劃分成兩個，分別存儲程序和數(shù)據(jù)。它們有兩組總線連接到處理器核，允許同時對它們進行訪問。這種安排將處理器存貯器的帶寬加倍，更重要的是同時為處理器核提供數(shù)據(jù)與指令。在這種布局下，dsp得以實現(xiàn)單周期的mac指令。還有一個問題，即現(xiàn)在典型的高性能gpp實際上已包含兩個片內(nèi)高速緩存，一個是數(shù)據(jù)，一個是指令，它們直接連接到處理器核，以加快運行時的訪問速度。從物理上說，這種片內(nèi)的雙存儲器和總線的結(jié)構(gòu)幾乎與哈佛結(jié)構(gòu)的一樣了。然而從邏輯上說，兩者還是有重要的區(qū)別。gpp使用控制邏輯來決定哪些數(shù)據(jù)和指令字存儲在片內(nèi)的高速緩存里，其程序員并不加以指定(也可能根本不知道)。與此相反，dsp使用多個片內(nèi)存儲器和多組總線來保證每個指令周期內(nèi)存儲器的多次訪問。在使用dsp時，程序員要明確地控制哪些數(shù)據(jù)和指令要存儲在片內(nèi)存儲器中。程序員在寫程序時，必須保證處理器能夠有效地使用其雙總線。此外，dsp處理器幾乎都不具備數(shù)據(jù)高速緩存。這是因為dsp的典型數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)流。也就是說，dsp處理器對每個數(shù)據(jù)樣本做計算后，就丟棄了，幾乎不再重復(fù)使用。
3 零開銷循環(huán)如果了解到dsp算法的一個共同的特點，即大多數(shù)的處理時間是花在執(zhí)行較小的循環(huán)上，也就容易理解，為什么大多數(shù)的dsp都有專門的硬件，用于零開銷循環(huán)。所謂零開銷循環(huán)是指處理器在執(zhí)行循環(huán)時，不用花時間去檢查循環(huán)計數(shù)器的值、條件轉(zhuǎn)移到循環(huán)的頂部、將循環(huán)計數(shù)器減1。與此相反，gpp的循環(huán)使用軟件來實現(xiàn)。某些高性能的gpp使用轉(zhuǎn)移預(yù)報硬件，幾乎達到與硬件支持的零開銷循環(huán)同樣的效果。
4 定點計算大多數(shù)dsp使用定點計算，而不是使用浮點。雖然dsp的應(yīng)用必須十分注意數(shù)字的精確，用浮點來做應(yīng)該容易的多，但是對dsp來說，廉價也是非常重要的。定點機器比起相應(yīng)的浮點機器來要便宜(而且更快)。為了不使用浮點機器而又保證數(shù)字的準確，dsp處理器在指令集和硬件方面都支持飽和計算、舍入和移位。
5 專門的尋址方式dsp處理器往往都支持專門的尋址模式，它們對通常的信號處理操作和算法是很有用的。例如，模塊(循環(huán))尋址(對實現(xiàn)數(shù)字濾波器延時線很有用)、位倒序?qū)ぶ?對fft很有用)。這些非常專門的尋址模式在gpp中是不常使用的，只有用軟件來實現(xiàn)。
6 執(zhí)行時間的預(yù)測大多數(shù)的dsp應(yīng)用(如蜂窩電話和調(diào)制解調(diào)器)都是嚴格的實時應(yīng)用，所有的處理必須在指定的時間內(nèi)完成。這就要求程序員準確地確定每個樣本需要多少處理時間，或者，至少要知道，在最壞的情況下，需要多少時間。如果打算用低成本的gpp去完成實時信號處理的任務(wù)，執(zhí)行時間的預(yù)測大概不會成為什么問題，應(yīng)為低成本gpp具有相對直接的結(jié)構(gòu)，比較容易預(yù)測執(zhí)行時間。然而，大多數(shù)實時dsp應(yīng)用所要求的處理能力是低成本gpp所不能提供的。這時候，dsp對高性能gpp的優(yōu)勢在于，即便是使用了高速緩存的dsp，哪些指令會放進去也是由程序員(而不是處理器)來決定的，因此很容易判斷指令是從高速緩存還是從存儲器中讀取。dsp一般不使用動態(tài)特性，如轉(zhuǎn)移預(yù)測和推理執(zhí)行等。因此，由一段給定的代碼來預(yù)測所要求的執(zhí)行時間是完全直截了當?shù)摹亩钩绦騿T得以確定芯片的性能限制。
7 dsp是什么， 定點dsp指令集定點dsp指令集是按兩個目標來設(shè)計的：
· 使處理器能夠在每個指令周期內(nèi)完成多個操作，從而提高每個指令周期的計算效率。將存貯dsp程序的存儲器空間減到最小(由于存儲器對整個系統(tǒng)的成本影響甚大，該問題在對成本敏感的dsp應(yīng)用中尤為重要)。
