【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Forward Concepts 分析家的預(yù)測(cè)，今年全球 DSP 銷量將達(dá)到 $82 億美元，比去年增加約三分之一。而對(duì)于 2020 年和 2020年的預(yù)測(cè)值，則分別是 $108 億元和 $140 億元，并預(yù)言未來幾年 DSP 都將以每年超過 30%的速度成長(zhǎng)。根據(jù) CCID 權(quán)威的分析，中國(guó) DSP 市場(chǎng)今年可達(dá)到 120 億元人民幣，比去年增長(zhǎng)約 40%，未來的增長(zhǎng)將可能超過全球的平均速度。對(duì)于 DSP市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)，許多人充滿著濃厚的興趣。本文將結(jié)合 DSP 縱向的發(fā)展歷程和橫向的拓展方向進(jìn)行 探討，以便探討 DSP 市場(chǎng)拓展的特點(diǎn)。 ③ DSP 商品化歷程 ： 八十年代前后，陸續(xù)有公司設(shè)計(jì)出適合于 DSP 處理技術(shù)的處理器，于是 DSP 開始成為一種高性能處理器的名稱。 TI 在 1982 年發(fā)表一款DSP 處理器名為 TMS32020，其出色的性能和特性倍受業(yè)界的關(guān)注，當(dāng)然新興的攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 DSP 開發(fā)流程 5 DSP 業(yè)務(wù)的確承擔(dān)著巨大的風(fēng)險(xiǎn)，究竟向哪里拓展是生死攸關(guān)的問題 。 進(jìn)入九十年代，有多家公司躋身于 DSP 領(lǐng)域與 TI進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。 TI首家提供可定制 DSP，稱作 CDSP。 CDSP 基于內(nèi)核 DSP 的設(shè)計(jì)可使 DSP 具有更高的系統(tǒng)集成度，大加速了產(chǎn)品的上市時(shí)間 。同時(shí) TI 瞄準(zhǔn) DSP 電子市場(chǎng)上成長(zhǎng)速度最快的領(lǐng)域，適時(shí)地提供各種面向未來發(fā)展的解決方案。到九十年代中期，這種可編程的 DSP 器件已廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信、海量存儲(chǔ)、語音處理、汽車電子、消費(fèi)類音頻和視頻產(chǎn)品等等，其中最為輝煌的成就是在數(shù)字蜂窩電話中的成功。德州儀器通過不斷革新，推陳出新， DSP 業(yè)務(wù)也一躍成為 TI 的最大的業(yè)務(wù)，并始終處于全球 DSP 市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位。雖然這個(gè)階段 DSP 每 MIPS 的價(jià)格已降到 10美分到1美元的范圍，但 DSP 所帶動(dòng)的市場(chǎng)規(guī)模巨大。 DSP 開發(fā)方案的設(shè)計(jì)與選擇 十多年前， DSP 以其高速 、低功耗和高集成度在軍事、航天等領(lǐng)域大顯身手，隨著半導(dǎo)體工藝的進(jìn)步和工業(yè)民用領(lǐng)域的大量采用，近幾年來， DSP價(jià)格大幅下調(diào)，而性能卻不斷提高，以不可阻擋的趨勢(shì) 進(jìn)入通信、工業(yè)控制和消費(fèi)領(lǐng)域， DSP正日漸成為現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的重要基石。 從 DSP 應(yīng)用范圍看， DSP 可分為通用 DSP和專用 DSP 兩種。其中專用 DSP往往是實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理的某些專項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)方式則往往是通用 DSP 的掩模版本 ,生產(chǎn)通用 DSP 的主要廠家有 TI 公司， AD 公司 ,Motorola, Lucent，其中 TI公司著名的 TMS320 系列占據(jù)了國(guó)際市場(chǎng)接近一半的 市場(chǎng)份額。當(dāng)我們確定了采用 DSP方案以后，首先要做的就是 DSP 系統(tǒng)的功能需求分析，根據(jù)需求 選擇合適的 DSP芯片和相應(yīng)的開發(fā)、 仿真工具。 DSP 系統(tǒng)的功能需求分析 在確定了某個(gè)具體應(yīng)用以后，我們要做的第一件事就是構(gòu)造出一個(gè) DSP 系統(tǒng)功能框圖（圖略）。 DSP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要考慮如下幾個(gè)重要方面： (1)DSP 系統(tǒng)處理的模擬帶寬。根據(jù)這個(gè)帶寬，選擇合適的 A/D采樣率， A/D采樣頻率必須服從采樣定理。語音信號(hào)一般為幾 kHz到幾十 kHz，圖像信號(hào)則可達(dá) 幾 MHz； (2)實(shí)時(shí)性要求。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中實(shí)時(shí) 性 與非實(shí)時(shí) 性 對(duì) 系統(tǒng)要求的差異非常之大； (3)算法的復(fù)雜度。為了獲得 較 好的系統(tǒng)處理性能，往往要采用復(fù)雜算法，而算法越復(fù)雜，對(duì) DSP 處理器的要求也就越多。有時(shí)需要在算法的復(fù)雜度和處理速度之間進(jìn)行折衷； 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 DSP 開發(fā)流程 6 (4)DSP 系統(tǒng)處理精度要求。一般而言，在高精度要求中往往采用專業(yè)浮點(diǎn)DSP，其它場(chǎng)合采用定點(diǎn) DSP 就足夠了。在實(shí)際應(yīng)用中采用塊浮點(diǎn)方法能有效提高定點(diǎn) DSP 的處理精度； (5)成本要求。在軍事和航天用途中，為了高性能、高可靠性和留有發(fā)展余地，往往盡量采用高性能 DSP 處理器，甚至不計(jì)成本。而在工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域中，為了保持最終產(chǎn) 品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，往往要尋找性能、價(jià)格比最好的產(chǎn)品； (6)可靠性要求。 DSP 處理系統(tǒng)所有器件的選擇，必須考慮產(chǎn)品的最后應(yīng)用場(chǎng)合，原則上 是 星載系統(tǒng)采用宇航級(jí)，軍事應(yīng)用采用軍品，工業(yè)場(chǎng)合選用 工業(yè)級(jí)器件，民用選用商品級(jí)即可。最后所選用的器件要考慮是否對(duì)應(yīng) 級(jí)別； (7)方便開發(fā)和使用。為了方便開發(fā)仿真， DSP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)師最好選用帶 JTAG硬件仿真接口的 DSP 芯片，既能方便開發(fā)，又便于此后生產(chǎn)中的測(cè)試； DSP 算法的驗(yàn)證與模擬 一個(gè)實(shí)際的 DSP 處理系統(tǒng)必然要使用各種算法， 要求 DSP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)者在選擇某種算 法前就精通各種算法的細(xì)節(jié)是不現(xiàn)實(shí)的。 DSP 處理系統(tǒng)所選用的算法無非是各種通用算法的組合和改進(jìn)。革命性的算法不是 DSP 設(shè)計(jì)師的任務(wù)， DSP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)師應(yīng)盡量選用成熟可靠、 經(jīng)過時(shí)間考驗(yàn)的算法 ， 而支持各種通用算法的 DSP模擬軟件市場(chǎng)上已有不少。我們對(duì)其中的一些優(yōu)秀產(chǎn)品作簡(jiǎn)單介紹： (1)SPW 工作站： cadence 公司產(chǎn) 品， 含有大量的算法庫(kù)，對(duì)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)尤其適合。 (2)Matlab 工具包：該軟件在國(guó)內(nèi)高校中已經(jīng)開始流行，該軟件矢量矩陣處理功能很強(qiáng)，最新版本中信號(hào)處理功能大大加強(qiáng)。 (3)Dalisp 軟件：優(yōu)秀的 信號(hào)處理軟件包，網(wǎng)上有免費(fèi)的高校版讀者， 可自行下載使用。在用如上的工具模擬挑選出了合適的算法組合以后，設(shè)計(jì)師就可應(yīng)用高級(jí)語言在 PC機(jī)上進(jìn)行實(shí)際編程驗(yàn)證，設(shè)計(jì)出 DSP 的軟件處理流程，并給出最終可實(shí)現(xiàn)的軟件需求分析。 DSP 開發(fā)工具的選擇 在選定了 DSP 器件型號(hào)后， 則應(yīng)進(jìn)行 DSP 開發(fā)工具的選擇 ， DSP必備的開發(fā)工具有如下幾種： （ 1） ASM/LINK；匯編 /鏈接器； （ 2） JTAG 硬件仿真器，可全透明地訪問 DSP 的所有資源而不占用用戶任何 資源； （ 3） Debugger 調(diào)試器； 其他選件還有： C編譯器 、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和算法庫(kù)。 下面以 TMs320cZxx/c24x 系列為例，介紹國(guó)內(nèi)外 DSP 開發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)況。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 DSP 開發(fā)流程 7 ① 匯編 /鏈接器：該軟件由 TI 公司的產(chǎn)品提供，型號(hào)為 TMD32485002。 ② JTAG硬件仿真器： TI公司型號(hào)為 XDS510， TI公司正式認(rèn)證的國(guó)內(nèi)第三方合作伙伴也能提供 JTAG硬件仿真器。但用戶選擇國(guó)內(nèi)產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)注意有的仿真器無法與 TI公司的 XDS510 兼容，而北京聞亭等公司的產(chǎn)品卻能與 XDS510 兼容得非常好。兼容意味著用戶的很多投資可得到保護(hù)。 ③ Debugger 調(diào)試軟件：與 XDS510 配合使用，通過 該軟件能訪問用戶 DSP系統(tǒng)的所有資源。 最新的調(diào)試軟件應(yīng)該基于 Win95 平臺(tái)，能夠圖形化，有效地顯示存儲(chǔ)器的波形和頻譜。另外，將 C 編譯、匯編 /鏈接調(diào)試集成在一起的集成調(diào)試環(huán)境是新一代調(diào)試軟件的必備功能。 DSP 系統(tǒng)調(diào)試 在選擇了合適的 DSP 開發(fā)工具后，設(shè)計(jì)師就會(huì)做具體的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)應(yīng)注意如下要點(diǎn)： ① 認(rèn)真處理好復(fù)位和時(shí)鐘信號(hào)。 ② 在 DSP 電路中，對(duì)所有的輸入信號(hào)必須有明確的處理，不能懸浮和置之 不 理。 ③ 模擬電路和數(shù)字電路獨(dú)立布線，最后單點(diǎn)連接電源和地。軟件設(shè)計(jì)則應(yīng)嚴(yán)格按照軟件工程 的方法進(jìn)行管理。一個(gè)實(shí)際的 DSP 系統(tǒng)的調(diào)試總要經(jīng)過多次反復(fù)，需要設(shè)計(jì)者和調(diào)試者有足夠的耐心，堅(jiān)強(qiáng)的意志和九死一生的精神。做一個(gè)現(xiàn)代設(shè)計(jì)師非常辛苦，必須不斷的糾正自己所犯下的各種設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。只有當(dāng)系統(tǒng)可靠地運(yùn)行并得到市場(chǎng)和社會(huì)承認(rèn)后，才能松一口氣，美美的睡上一覺，然后又充滿信心地開始下一輪的設(shè)計(jì)。 DSP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)流程 在設(shè)計(jì)需求規(guī)范，確定設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)，其實(shí)要解決二個(gè)方面的問題：即信號(hào)處理方面和非信號(hào)處理 方面 的問題。信號(hào)處理的問題包括：輸入、輸出結(jié)果特性的分析， DSP 算法的確定，以及按要求對(duì)確定的性能 指標(biāo)在通用機(jī)上用 高級(jí)語言編程仿 真 。 非信號(hào)處理問題包括：應(yīng)用環(huán)境、設(shè)備的可靠性指標(biāo)，設(shè)備的可維護(hù)性，功耗、體積重量、成本、性能價(jià)格比等項(xiàng)目。算法研究與仿真這是 DSP 實(shí)際 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中重要的一步。系統(tǒng)性能指標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，以 及 何種算法和結(jié)構(gòu) 能 夠 滿足需求， 這些 都是在這一步考慮的。這種仿真是在通用機(jī)上用高級(jí)語言編程實(shí)現(xiàn)的，編程時(shí)最好能 模仿 DSP 處理器形式運(yùn)行，以達(dá)到更好的真實(shí)性。 在 DSP 芯片選擇中通常有 以 下幾條注意 事項(xiàng)： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 DSP 開發(fā)流程 8 （ 1）精度：表數(shù)格式（定點(diǎn)或浮點(diǎn)），通常可以用定點(diǎn)器件解決的問題，盡量用定點(diǎn)器件，因?yàn)樗?jīng)濟(jì)、 速度快、成本低，功耗小。但是在編程時(shí)要關(guān)注信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，在代碼中增加限制信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍的定標(biāo)運(yùn)算。 （ 2）字長(zhǎng)的選擇：一般浮點(diǎn) DSP 芯片都用 32 位的數(shù)據(jù)字， 大多數(shù)定點(diǎn) DSP芯片是 16 位數(shù)據(jù)字。而 MOTOROLA 公司定點(diǎn)芯片用 24位數(shù)據(jù)字，以便在定點(diǎn)和浮點(diǎn)精度之間取得折中。字長(zhǎng)大小是影響成本的重要因素，它影響芯片的大小、引腳數(shù)以及存儲(chǔ)器的大小，設(shè)計(jì)時(shí)在滿足性能指標(biāo)的條件下，盡可能選用最小的數(shù)據(jù)字。 （ 3）存儲(chǔ)器安排：包括存儲(chǔ)器的大小，片內(nèi)存儲(chǔ)器的數(shù)量，總線尋址空間等。片內(nèi)存儲(chǔ)器的大小決定了芯片運(yùn)行速度和成本 ，例如 TI 公司同一系列的 DSP芯片，不同種類芯片存儲(chǔ)器的配置等硬件資源各不相同。 （ 4）開發(fā)工具：在 DSP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，開發(fā)工具是必不可少的，一個(gè)復(fù)雜的DSP 系統(tǒng)，必須有功能強(qiáng)大的開發(fā)工具支持。開發(fā)工具包括軟件和硬件兩部分。軟件開發(fā)工具主要包括： C 編譯器、匯編器、鏈接器、程序庫(kù)、軟件仿真器等，在確定 DSP 算法后，編寫的程序代碼通過軟件仿真器進(jìn)行仿真運(yùn)行，來確定必要的性能指標(biāo)。硬件開發(fā)工具包括在線硬件仿真器和系統(tǒng)開發(fā)板。在線硬件仿真器通常是 JTAG 周邊掃描接口板，可以對(duì)設(shè)計(jì)的硬件進(jìn)行在線調(diào)試；在硬件系統(tǒng)完成之前 ，不同功能的開發(fā)板上實(shí)時(shí)運(yùn)行設(shè)計(jì)的 DSP 軟件，可以提高開發(fā)效率。甚至在有的數(shù)量小的產(chǎn)品 中 ， 直接將開發(fā)板當(dāng)作最終產(chǎn)品。 （ 5）功耗與電源管理：在一些手提便攜式的消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，供電電源的節(jié)省是很重要的問題，因而目前 DSP 生產(chǎn)廠商越來越重視這方面。它通常包括供電電壓的選擇和電源的管理功能。供電電壓一般取得比較低，實(shí)施芯片的低電壓供電，通常有 ， ， ， 等，在同樣的時(shí)鐘頻率下，它們的功耗將遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 5V供電電壓的芯片。加強(qiáng)了對(duì)電源的管理后，通常用休眠、等待模式等方式節(jié)省功率消耗。例如 TI公司提供了詳細(xì)的、功能隨指令類型和處理器配置而改變的應(yīng)用說明。 （ 6）成本和廠家的銷售后服務(wù)：特別要注意 DSP 芯片的生產(chǎn)和主推產(chǎn)品，以便以低的成本實(shí)施來要求產(chǎn)品。但低價(jià)位的芯片必然是功能較少、片內(nèi)存儲(chǔ)器少、性能上差一些的，這就帶給編程一定的困難。 （ 7）支持多處理器：近來各類軟件在無線電產(chǎn)品及雷達(dá)中的應(yīng)用中，都需要能處理高數(shù)據(jù)率、大運(yùn)算量的應(yīng)用系統(tǒng)。單一的處理器系統(tǒng)已難以承擔(dān)這類復(fù)雜任務(wù)，因而采用多個(gè)處理器并行工作。這種情況下，各處理器之間連接和通訊功能是必須要作為主要因素予以考慮的。近年新推出的 DSP芯片 系列都改善了這方面性能，注意增加專門的接口或 DMA 通道，來支持多處理器的 DSP 運(yùn)行 。攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 DSP 開發(fā)流程 9 圖 21 基于 DSP芯片的 DSP實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)流程圖 DSP 處理器 的 軟、硬件開發(fā)工具簡(jiǎn)介 隨著 DSP 處理器的功能不斷強(qiáng)化和系統(tǒng)開發(fā)周期不斷縮短，設(shè)計(jì)和調(diào)試 DSP系統(tǒng)越來越依賴于 DSP 開發(fā)系統(tǒng)和開發(fā)工具，圖 22為 DSP 處理器開發(fā)流程圖 。雖然廠家不同，但提供的開發(fā)調(diào)試工具大致類同，一般有下列幾種： （ 1） C 語言編譯器 (C Compiler) 一般廠家為了開發(fā) DSP 系統(tǒng)方便、減小編寫匯編程序的難度，都提供了高級(jí)語言設(shè)計(jì)方法：一般是 C語言。開發(fā)系統(tǒng)針對(duì) DSP 庫(kù)函數(shù)、頭文件及編寫的 C 程序，自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的匯編語言，這一步稱為 C編譯。 C編譯器通常符合 ANSI C標(biāo)準(zhǔn)，可以對(duì)編寫的程序進(jìn)行不同等級(jí)的優(yōu)化，以產(chǎn)生高效的匯編代碼； C編譯器還具有對(duì)存儲(chǔ)器的配置、分配及部分鏈接功能 ， 并 具有靈活的匯編語言接口等多種功能。 C編程方法易學(xué)易用，但編譯出的匯編程序比手工匯編程序長(zhǎng)得多，因而效率一般只有 20%～ 40%。為了克服 C 編譯器低效率，在提供 標(biāo)準(zhǔn) C庫(kù)函數(shù)同時(shí)，開發(fā)系統(tǒng)也提供了許多針對(duì) DSP 運(yùn)算的高效庫(kù)函數(shù)，例如 FFT、 FIR、 IIR、相關(guān)、矩陣運(yùn)算等，它們都是手工匯編的 。 設(shè)計(jì)需求規(guī)范，確定設(shè)計(jì)目標(biāo) 定義系統(tǒng)性能指標(biāo)實(shí)施算法研究與仿 真真 選擇 DSP芯片 軟件編