引言
当今,社会进入数字化的时代,而数字信号处理器正是这场数字化的核心。从20世纪60年代数字信号处理理论的崛起, 到20世纪80年代世界上第一个单片可编程DSP芯片产生以来 , 数字信号处理器的发展迅猛异常。
数字信号处理是利用专用或通用数字信号处理芯片,通过数字计算的方法对信号进行处理。与模拟信号处理相比, 数字信号处理具有精确,灵活,抗干扰能力强,可靠性好和易于大规模集成等特点。DSP 系统以数字信号处理为基础 ,与模拟信号处理系统相比,其优点:
a. 接口简单、方便。由于数字信号的电气特性简单,不同的DSP系统相互连接时,在硬件接口上容易实现；
b. 精度高,稳定性好。数字信号处理仅受量化误差和有限字长的影响,处理过程不引入其他噪声,因此有较高的信噪比。另外模拟系统的性能受元器件参数性能影响较大,而数字系统基本不变,因此数字系统更便于测试、调试及批量生产;
c. 编程方便 ,容易实现复杂的算法。在DSP系统中,DSP芯片提供了一个高速计算平台,系统功能依赖于软件编程实现。当其与现代信号处理理论和计算数学相结合时,可以实现复杂的信号处理功能;
d. 集成方便。现代DSP芯片都是将DSP芯核及其外围电路综合集成在单一芯片上。这种结构便于设计便携式高集成度的数字产品。
现代DSP芯片作为可编程超大规模集成(VLSI) 器件,通过可下载的软件或固件来实现
数字信号处理功能。DSP芯片除具有普通微处理器的高速运算和控制功能外,还针对高数据传输速率,数值运算密集的实时数字信号处理 ,在处理器结构,指令系统,和指令流程设计上做了较大改动。其结构特点有: 1. DSP 芯片普遍采用改进的哈佛结构,即数据总线和程序总线相互分离,这使得处理指令和数据可以同时进行,提高了处理效率；2 DSP 芯片大多采用流水线技术,即每条指令的执行划分为取指,译码,取数等若干步骤,由片内多个功能单元分别完成。这相当于多条指令并行执行,从而大大提高了运行速度。3. 片内有多条总线可以同时进行取指和取操作数动作,并且有辅助寄存器自动增减地址协助寻址。4. 配有的乘法器、加法器和特殊指令,适用于需要大量乘累加器操作的矩阵运算,FFT ,Viterbi译码和相关的专用信号处理运算。e. 大多数 DSP 芯片一般都带有DMA控制器, 外部存储器,外部存储器扩展接口,串行通信,配合片内多总线结构,可以实现大吞吐量数据传送。5. DSP芯片一般配有中断处理器、定时器,片内存储器和锁相环( PLL)等片内集成外设,可以方便的实现一个嵌入式自封闭控制的处理系统。6. 省电管理和低功耗。适于便携式数字终端设备。
一，DSP芯片的概念
数字信号处理(Digital Signal Processing)是利用计算机或专用处理设备,以数字形式对信号进行采集、变换、增强、滤波、估值、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在通信、等诸多领域得到极为广泛的应用。
DSP(Digital Signal Process)芯片,即数字信号处理器,是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其应用主要是实时快速的实现各种数字信号处理算法。该芯片一般具有以下主要特点：
（1） 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
（2） 程序与数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
（3） 片内具有快速RAM，通常可通过的数据总线在两块中同时访问；
（4） 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
（5） 快速的中断处理和硬件支持；
（6） 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
（7） 可以并行执行多个操作；
（8） 支持流水线操作，使取值、译码和执行等操作可以同时进行。
世界上第一个单片DSP芯片应当是1978年AMI公司发布的S2811，1979年美国INTEL
公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的uPD7720是第一个具有乘法器的商用DSP芯片。
当前，美国德州公司（TI），Motorola公司，模拟器件公司（AD），NEC公司，AT&T公司是DSP芯片主要生产商。
选择合适的DSP芯片，是设计DSP应用系统的一个非常重要的环节。一般来说，要综合考虑如下因素：（1），DSP芯片的运算速度；（2），DSP芯片的价格；（3），DSP芯片
的硬件资源；4），DSP芯片的运算精度；（5），DSP芯片的开发工具；（6），DSP芯片的功耗等等。
二，DSP芯片的基本结构。
TI公司的TMS320系列芯片的基本结构包括：
（1） 哈佛结构。哈佛结构是一种并行体系结构，主要特点是将程序和数据存储在
不同的存储空间中，编址，访问。由于设立了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐量提高了一倍。为了进一步提高芯片性能，TMS320系列芯片允许数据存放在程序存储器中，并被算术运算指令直接使用；还把指令存储在高速缓冲器(Cache)中，减少从存储器中读取指令需要的时间。
（2） 流水线。DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行时间，从而增强了处理器
的处理能力。以三级流水线为例，取指，译码和执行操作可以的处理，在第N个指令取指时，前一个（N-1）个正在译码，而第N-2个指令则正在执行。
（3） 专用的硬件乘法器。TMS320系列芯片中，有专门的硬件乘法器，乘法可以在
一个周期内完成。
（4） 特殊的DSP指令。比如LTD这条指令在一个指令周期内可以完成LT、DMOV
和APAC三条指令。
（5） 快速的指令周期。DSP芯片的指令周期可以在200ns以下。TMS320系列芯片的指令周期已经降到了20ns以下。可以满足很多DSP应用的要求。
（三） 开发工具。
可编程DSP芯片的开发需要一整套完整的软硬件开发工具。通常开发工具可以分为代码
生成工具和代码调试工具两类。代码生成工具是将用C或汇编语言编写的DSP程序编译汇编并链接成成可执行的DSP程序。代码调试程序是将DSP程序及系统进行调试，使之能达到设计目标。
就软件开发而言，用DSP芯片的汇编语言编写程序是一件比较繁杂的事情。因为不同公司不同类型的芯片的汇编语言都不尽相同。基于以上原因，各个公司都相继推出了高级语言（如C语言）编译器，使得DSP芯片的软件可以通过高级语言编写而成。
TI的优化C编译器能够产生可与手工编写的汇编语言相比的汇编语言程序，提供了简单的C执行时环境的程序接口，使得关键的DSP算法可用汇编语言实现建立了一定规模的工具库来方便使用。在C编译器中还提供了一个所谓的外壳程序（Shell），可以使C程序的编译、汇编和链接三个过程一次完成。
（四）关于TMS320C54X定点DSP芯片的设计使用。
TMS320C54X定点DSP芯片具有很高的性价比，体积小，功耗低，功能强，已在通信等许多领域得到广泛的应用。
该系列芯片大部分采用低电压供电方式，可以降低功耗，其电源分为两种，内核电源（CVdd）电源和I/O电源(DVdd)。与3.3V的供电相比，2.5V的内核电源可以降低44%的功耗；而I/O电源3.3V可以直接与外部低压器件接口，无需额外的电平转换电路。但是，由于现在很多外围芯片的工作电压都是5V，如EPROM、SRAM、模数转换芯片等，因此就要特别注意不同IC之间电平的转换。例如5V的TTL和3.3v的TTL器件之间只要耐压允许，电平可以通用；而5V的CMOS被3.3v的TTL驱动时，要加双电压（一边是3.3V供电，一边是5V供电）的驱动器。
TMS320C54X系列芯片有丰富的内部快速存储器，也可以扩展外部存储器。一般需要扩展EPROM/PROM，扩展时也要注意电平转换的问题。采用Flash存储器存储程序和固定数据是一种比较好的选择。
进行软件设计时，要注意以下一些问题：
（1） 流水线冲突。TMS320C54X采用了深度为6级的流水线操作，因此流水线
冲突不可避免。一般在冲突发生时，由DSP自动插入延迟解决问题。但有些情况下DSP无法自动解决问题，需要程序员通过调整程序语句的次序或在程序中插入一定数量的NOP来解决。如果在调试程序中不能得到正确的结果，而又找不到程序错误时，就应该想到是否发生了流水线冲突，解决方法是在合适的位置插入一至几个NOP指令。
（2） 编译模式选择。在ST1状态寄存器中，有1位编译器模式控制位CPL。用
于指示在相对直接寻址中采用哪种指针。为0是使用页指针DP，为1 时采用堆栈指针SP。注意模式切换时可能引起流水线冲突。
（3） 指令对存储器的要求。有些指令是对存储器是有特殊要求的，使用时要注意。
此外，在软件编程时还有一些技巧。比如要充分利用片内存储器，节省程序运行时从片
外存储器读入程序或数据的时间；利用程序寻址空间，可以方便的寻址和执行更大规模的程序；利用两个内部累加器，可以有效的提高编程效率；利用ALU的操作模式和CSSU单元可以加快运算速度；利用自动溢出保护功能和利用条件存储指令等等。
TMS320C54X系列芯片一般都在片内设置有BOOT程序，主要作用是在开机时将用户程序从外部装入到程序存储器。用户需要使用BOOT时，需要将DSP设置为微计算机工作方式。
除此之外，通过学习我还了解了如何用MATLAB进行DSP设计模拟，其他一些DSP芯片的大致结构和性能，以及具体的DSP应用开发方面的知识。在教员的悉心教导下，经过我的认真学习，对DSP应用方面的知识有了一个整体的了解，虽然还没有利用DSP芯片做过实际的东西，但我通过对该课的学习，为以后可能的设计应用打下了一定基础。
