北京和利时系统工程有限公司

0 引言

    DSP，即数字信号处理器，自九十年代后半期开始，逐渐成为人们关注的焦点。DSP是将模拟信号变换为数字信号，并进行高速处理的专用处理器，从算法上说，它具有乘法和加法两种特殊运算功能。它主要针对代表连续信号的数字进行数学运算，以得到相应的处理结果。这种数学运算是以快速傅立叶变换（FFT）为基础，对数字信号进行实时处理。
    DSP 是当今发展最为迅速的和最有前景的技术之一。目前DSP已经成为通信、计算机、办公自动化、仪器仪表、军事、工业及家用电器等电子产品中不可或缺的基础器件。目前常见的DSP 芯片有TI的TMS320系列，ADI公司的ADSP2100系列，Lucent的16000系列，Motorola 公司的DSP 56602和56603 系列等。
    用DSP芯片实现数字信号处理具有很强的通用性和灵活性，因为DSP芯片体积小，运算速度极快，精度高，接口方便，特别适合处理复杂的数字信号处理算法。
    DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素，它将彻底变革人们的工作、学习和生活方式。

1 DSP 的特点

    数字信号处理系统以数字信号处理为基础，因此具有数字处理的全部特点。除此之外，它还具有很多一般处理器所不具备的特点。下面介绍它的几个突出的特点。

1）运算速度快
    DSP 的总线采用哈佛结构，即独立的程序总线和数据总线，流水线处理技术，使运算速度特别快，甚至比有些PC机的CPU还要快。而且DSP在处理乘加运算时比其它处理器都要快得多

2)接口方便
    DSP系统与其它以现代数字技术为基础的系统或设备都相互兼容，这样的系统接口以实现某种功能要比模拟系统与这些系统接口要容易的多。具有并行I/O，异步串口，同步串口等I/O接口；有些DSP芯片内有双十位的A/D接口，例如TMS320F240；有通用定时器，多路PWM，看门狗定时器和实时中断定时器等事件处理接口；还具有仿真接口等。

3）编程方便
    DSP系统中的可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。

4）稳定性好
    DSP系统以数字处理为基础，受环境温度以及噪声的影响较小，可靠性高。

5）精度高
    定点DSP芯片字长16位，CALU（中央算术逻辑单元）和累加器32位。浮点DSP芯片字长32位，累加器40位。

2 DSP的应用

    DSP的应用日趋广泛，目前，通信、消费类电子产品和计算机三大市场合占市场需求的90%，其余涉及办公自动化、仪器仪表、军事和工业等各个部门。DSP还有望开发一些新市场，如数字式助听器、数字式广播、自动电源控制、智能高速公路系统和高清晰度电视等。

2.1 通信领域的应用
  近年来，随着通信技术的飞速发展，DSP已经成为信号与信息处理领域里一门十分重要的新兴学科，它代表着当今无线系统的主流发展方向。现在，通信领域中许多产品都与DSP密切联系，例如，Modem、数据加密、扩频通信、可视电话等。而寻找DSP芯片来实现算法最开始的目标是在可以接受的时间内对算法做仿真，随后是将波形存储起来，然后再加以处理。图1示出了一个典型的DSP应用系统。

    输入信号首先进行带限滤波和抽样，然后进行模/数转换，将模拟信号转换成数字比特流。根据香农抽样定理，为保持信息的不丢失，抽样频率至少必须是输入带限信号最高频率的两倍。
    图1所示的DSP系统是由一个DSP芯片及外围电路组成，此外还可能由多个DSP芯片及外围电路组成，这完全取决于信号处理的要求。

2.2 仪器仪表领域的应用
    DSP已经涉足测量仪表和测试仪器行业，而且大有取代高档单片机的趋势。使用DSP开发测量仪表和测试仪器可将产品提升到一个崭新的水平。新款DSP丰富的片内资源可以大大简化仪器仪表的硬件电路，实现仪器仪表的SOC（System On Chip,即片上系统）设计。
    仪器仪表的测量精度和速度是一项重要的指标，使用DSP芯片开发产品可使这两项指标大大提高。以TMS320F2810为例，其高效的32位CPU内核、优异的12位A/D转换器、丰富的片内存储器以及灵活的指令系统为我们开发快速、高精度仪器搭建了广阔的平台。
    目前DSP正处于一个高速发展的时期，仪器仪表是DSP的一个重要应用领域，相信DSP的应用会推进仪器仪表的技术革新

2.3 PC领域中的应用
    可编程多媒体DSP是PC领域的主流产品。以XDSL Modem 为代表的高速通信技术与MPEG图像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。预计在今后的PC机中，一个DSP即可完成全部所需的多媒体的处理功能。

2.4 具体产品的应用――全数码助听器
    由于传统助听器线路功能的局限性，无法满足大部分听障患者的要求，这个使命理所当然的留给了全数码助听器。在国外，助听器的技术正由传统的电子放大电路逐步被DSP所取代。DSP具有强大的处理功能，能让听障患者听到更清晰的、想要听到的声音，去除患者不想听到的声音，从而使现代的助听器技术产生一个质的飞跃。数字信号处理是全数码助听器的核心部分。它为调整输入/输出特性和系统的频率响应特性提供很强的灵活性

2.5 消费类电子产品中的应用
    DSP是消费类电子产品中的关键器件。由于DSP 的广泛应用，数字音响设备的更新换代周期变得如此短暂。用于图像处理的DSP，目前已形成一个品种不少的产品群。一种是JPEG标准的静态图像数据处理DSP；另一种是用于动态图像数据处理DSP。

3 DSP的前景展望

    70年代理论先行，80年代产品普及，90年代以后突飞猛进。90年代DSP发展最快，现在的DSP系统集成度高，将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。经过30多年的发展，对DSP爆炸性需求的时代已经来临，前景十分可观。
    尽管DSP市场日趋成熟，但仍有成长空间。互联网和设备个性化是当前信息社会的特征。互联网是PC时代全球经济新的增长点，由于PC市场仍未饱和，市场潜力巨大，也是DSP潜在的应用领域。而手机、PDA、MP3播放器以及手提电脑等则是设备个性化的典型代表，这些设备的发展水平取决于DSP的发展。新的形势下，DSP面临的要求是处理速度更高，功能更多更全，功耗更低，存储器用量更少。DSP的技术发展将会有以下一些走势。
    第一，系统级集成DSP是潮流。缩小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。当前的DSP尺寸小、功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷采用新工艺，改进DSP芯核，并将几个DSP芯核、MPU芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路。
    第二，可编程DSP是主导产品。可编程DSP给生产厂商提供了很大的灵活性。生产厂商可在同一个DSP平台上开发出各种不同型号的系列产品，以满足不同用户的需求。同时，可编程DSP也为广大用户提供了易于升级的良好途径。许多微控制器能做的事情，使用可编程DSP将做得更好更便宜。第三，追求更高的运算速度。目前一般的DSP运算速度为100MIPS，即每秒钟可运算1亿条指令。由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP必须追求更高更快的运算速度，才能跟上电子设备的更新步伐 
    此外，今后DSP也将在数字式助听器，数字式广播，自动电源控制，单相AC马达控制，智能高速公路系统，高清晰度电视等方面有很大的发展空间。未来computer（计算机）, consume（消费类）,communication（通信）3C将融合，那么DSP正是3C融合的黏合剂。

4 结束语

    目前DSP 的应用如日中天，它的应用领域仍然是个金矿，还有待于开发，远没有探测完。当前对数字信号处理问题的关心是产业界流行的趋势。DSP的市场范围十分广大，因此应该尽量避免在市场中出现硬碰硬的竞争。即使这样，也仍然可以获得可观的效益，值得为之奋斗。