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第一章 數(shù)字信號處理器DSPs簡介
實時信號處理系統(tǒng)要求必須具有處理大數(shù)據(jù)量的能力，以保證系統(tǒng)的實時性；其次對系統(tǒng)的體積、功耗、穩(wěn)定性等也有較嚴(yán)格的要求。實時信號處理算法中經(jīng)常用到對圖象的求和、求差運算，二維梯度運算，圖象分割及區(qū)域特征提取等不同層次、不同種類的處理。其中有的運算本身結(jié)構(gòu)比較簡單，但是數(shù)據(jù)量大，計算速度要求高；有些處理對速度并沒有特殊的要求，但計算方式和控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，難以用純硬件實現(xiàn)。因此，實時信號處理系統(tǒng)是對運算速度要求高，運算種類多的綜合性信息處理系統(tǒng)。
實時信號處理系統(tǒng)中，低層的信號預(yù)處理算法處理的數(shù)據(jù)量大，對處理速度的要求高，但運算結(jié)構(gòu)相對比較簡單，適于用ＦＰＧＡ進行硬件實現(xiàn)，這樣能同時兼顧速度及靈活性。高層處理算法的特點是所處理的數(shù)據(jù)量較低層算法少，但算法的控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適于用運算速度高，尋址方式靈活，通信機制強大的ＤＳＰ芯片來實現(xiàn)。由此就應(yīng)運而生了各種DSP數(shù)字信號處理芯片。
DSP和諸如Intel Pentium或Motorola PowerPC的通用處理器(GPPS)有很大的區(qū)別，這些區(qū)別產(chǎn)生于PSS的結(jié)構(gòu)和指令是專門針對信號處理而設(shè)計和開發(fā)的，具有以下特點。
· 硬件乘法累加操作（MACs）
把DSPs同早期的GPPs區(qū)別開來的第一個重大技術(shù)改進，就是添加了能夠進行單周期乘法操作的專門硬件和明確的MAC指令。
· 哈佛結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的GPPs使用馮．諾曼存儲結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中，有一個存儲空間通過兩條總線（一條地址總線和一條數(shù)據(jù)總線）連接到處理器內(nèi)核，這種結(jié)構(gòu)不能滿足MAC必須在一個指令周期中對存儲器進行四次訪問的要求。DSPs一般使用哈佛結(jié)構(gòu)，在哈佛結(jié)構(gòu)中，有兩個存儲空間：程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間。處理器內(nèi)核通過兩套總線與這些存儲空間相連，允許對存儲器同時進行兩訪問，這種安排使處理器的帶寬加倍。在哈佛結(jié)構(gòu)中，有時通過增加第二個數(shù)據(jù)存儲空間和總線來實現(xiàn)更大的存儲帶寬�，F(xiàn)代高性能GPPs通常具有兩個片上超高速緩沖存儲器,一個存放數(shù)據(jù)，一個存放指令。從理論的角度上講，這種雙重片上高速緩存與總線連接等同于哈佛結(jié)構(gòu)，但是，GPPs使用控制邏輯來確定哪些數(shù)據(jù)和指令字駐留在片上高速緩存里，這個過程通常不為程序設(shè)計者所見，而在DSPs里，程序設(shè)計者能明確的控制哪些數(shù)據(jù)和指令被存儲在片上的存儲單元或緩存中。
· 零消耗循環(huán)控制
DSP算法的共同特征在于大部分處理時間花在執(zhí)行包含在相對小循環(huán)內(nèi)的少量指令。因此，大部分DSP處理器具有零消耗循環(huán)控制的專門硬件。零消耗循環(huán)是指處理器不用花時間測試循環(huán)計數(shù)器的值就能執(zhí)行一組指令的循環(huán)，硬件完成循環(huán)跳轉(zhuǎn)和循環(huán)計數(shù)器的衰減。有些DSP還通過一條指令的超高速緩存實現(xiàn)高速的單指令循環(huán)。
· 特殊尋址模式
DSPs經(jīng)常包含有專門的地址產(chǎn)生器，它能產(chǎn)生信號處理算法需要的特殊尋址，如循環(huán)尋址和位翻轉(zhuǎn)尋址。循環(huán)尋址對應(yīng)于流水FIR濾波算法，位翻轉(zhuǎn)尋址對應(yīng)于FFT算法。
· 執(zhí)行時間的可預(yù)測性
大多數(shù)DSP應(yīng)用都具有硬性實時要求，在每種情況下所有處理工作都必須在指定時間內(nèi)完成。這種實時限制要求程序設(shè)計者確定每個樣本究竟需要多少時間或者在最壞情況下至少用去多少時間。DSP執(zhí)行程序的進程對程序員來說是透明的，因此很容易預(yù)測處理每項工作的執(zhí)行時間。但是，對于高性能GPPs來說，由于大量超高速數(shù)據(jù)和程序緩存的使用，動態(tài)分配程序，因此執(zhí)行時間的預(yù)測變得復(fù)雜和困難。
· 具有豐富的外設(shè)
DSPs具有DMA, 串口, PLL,定時器等外設(shè)。
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