DSP技術(shù)課程報(bào)告A類(lèi)

DSP技術(shù)課程報(bào)告專(zhuān)業(yè)：通信工程班級(jí)：121學(xué)號(hào)：201210404130姓名：陳建立指導(dǎo)教師:楊秀梅日期:2015年12月27日摘要：本文是在學(xué)習(xí)信號(hào)處理與DSP應(yīng)用課程的基礎(chǔ)上，結(jié)合所學(xué)知識(shí)和課后查找資料，主要整理了DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。結(jié)合其內(nèi)部多總線結(jié)構(gòu)討論DSP的流水執(zhí)行機(jī)制0、引言數(shù)字信號(hào)處理(DigitalSignalProcessing,簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。二十世紀(jì)六十年代以來(lái),隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。在過(guò)去的二十多年時(shí)間里,數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理是圍繞著數(shù)字信號(hào)處理的理論、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用等幾個(gè)方面發(fā)展起來(lái)的。數(shù)字信號(hào)處理在理論上的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的發(fā)展。反過(guò)來(lái),數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用又促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理理論的提高。而數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)則是理論和應(yīng)用之間的橋梁。近來(lái)新興的一些學(xué)科,如人工智能、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等,都與數(shù)字信號(hào)處理密不可分?？梢哉f(shuō),數(shù)字信號(hào)處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ),同時(shí)又使自己成為一系列新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。1、 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)為了快速地實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算，DSP芯片一般都采用特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)。以TMS320C54X芯片為例，C54x具有很好的操作靈活性和很高的運(yùn)行速度，其結(jié)構(gòu)采用改善的哈佛結(jié)構(gòu)（一組程序存儲(chǔ)器總線、3組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線、4組地址總線），具有專(zhuān)用硬件邏輯的CPU、片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)以及一個(gè)效率很高的指令集。其基本結(jié)構(gòu)包括：：（1）改善的哈佛結(jié)構(gòu)；（2）流水線操作；（3）專(zhuān)用的硬件乘法器；（4）效率很高的指令集；（5）模塊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這些特點(diǎn)使得TMS320系列DSP芯片可以實(shí)現(xiàn)快速的DSP運(yùn)算，并使大部分運(yùn)算（例如乘法）能夠在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。由于TMS320C54xDSP芯片是軟件可編程器件，因此具有通用微處理器具有的方便靈活的特點(diǎn)。TMS320C54X內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖一2、DSP芯片所采用的結(jié)構(gòu)采用改善的哈佛結(jié)構(gòu)馮?諾伊曼(VonNeuman)結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)采用單存儲(chǔ)空間，即程序指令和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，使用單一的地址和數(shù)據(jù)總線，取指令和取操作數(shù)都是通過(guò)一條總線分時(shí)進(jìn)行。當(dāng)進(jìn)行高速運(yùn)算時(shí)，不但不能同時(shí)進(jìn)行取指令和取操作數(shù)，而且還會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸通道的瓶頸現(xiàn)象，其工作速度較慢。其結(jié)構(gòu)圖如圖1.1該結(jié)構(gòu)采用單存儲(chǔ)空間，即程序指令和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，使用單一的地址和數(shù)據(jù)總線，取指令和取操作數(shù)都是通過(guò)一條總線分時(shí)進(jìn)行。當(dāng)進(jìn)行高速運(yùn)算時(shí)，不但不能同時(shí)進(jìn)行取指令和取操作數(shù)，而且還會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸通道的瓶頸現(xiàn)象，其工作速度較慢。其結(jié)構(gòu)圖如圖1.1所示哈佛哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)采用雙存儲(chǔ)空間，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)，有各自獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，可獨(dú)立編址和獨(dú)立訪問(wèn)，可對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立傳輸，使取指令操作、指令執(zhí)行操作、數(shù)據(jù)吞吐并行完成，大大地提高了數(shù)據(jù)處理能力和指令的執(zhí)行速度，非常適合于實(shí)時(shí)的數(shù)字信號(hào)處理。微處理器的哈佛結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。該結(jié)構(gòu)采用雙存儲(chǔ)空間，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)，有各自獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，可獨(dú)立編址和獨(dú)立訪問(wèn)，可對(duì)程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立傳輸，使取指令操作、指令執(zhí)行操作、數(shù)據(jù)吞吐并行完成，大大地提高了數(shù)據(jù)處理能力和指令的執(zhí)行速度，非常適合于實(shí)時(shí)的數(shù)字信號(hào)處理。微處理器的哈佛結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)改進(jìn)型的哈佛結(jié)構(gòu)是采用雙存儲(chǔ)空間和數(shù)條總線，即一條程序總線和多條數(shù)據(jù)總線。其特點(diǎn)如下：①允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間相互傳送數(shù)據(jù),使這些數(shù)據(jù)可以由算術(shù)運(yùn)算指令直接調(diào)用,增強(qiáng)芯片的靈活性；②提供了存儲(chǔ)指令的高速緩沖器（cache）和相應(yīng)的指令，當(dāng)重復(fù)執(zhí)行這些指令時(shí)，只需讀入一次就可連續(xù)使用，不需要再次從程序存儲(chǔ)器中讀出,從而減少了指令執(zhí)行作需要的時(shí)間。3、流水線技術(shù)與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)，DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行時(shí)間.從而增強(qiáng)了處理器的處理能力。要執(zhí)行一條DSP指令需要通過(guò)取指令、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行等幾個(gè)階段、DSP的流水線是指它的幾個(gè)階段在程序執(zhí)行過(guò)程中是重疊的，即在執(zhí)行本條指令的同時(shí)，下面的3條指令也依次完成了取操作數(shù)、譯碼、取指令的操作。換句話說(shuō)，在每個(gè)指令周期內(nèi)。4條不同的指令處于激活狀態(tài)．每條指令處于不同的階段。正是利用這種流水線機(jī)制、保證DSP的乘法、加法以及乘加運(yùn)算可以在一個(gè)單周期內(nèi)完成。這對(duì)提高DSP的運(yùn)算速度具有重要意義，特別是當(dāng)設(shè)計(jì)的算法需要進(jìn)行連續(xù)的乘加運(yùn)算時(shí)．這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性就得到了充分的友現(xiàn)。其過(guò)程如圖1.3所示nnnT<?t*:|"MHIM-M_M-1R「X一.IHl■-IMJ」Z十LIM_L-J圖L3四級(jí)流水線操作4、結(jié)束語(yǔ)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，DSP靠著其自身的流水線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)必將在各個(gè)領(lǐng)域