数字信号处理器(DSP)的发展趋势与应用研究

                  电子信息工程（通信工程）

摘要：DSP是数字信号处理器的缩写，是实现数字信号处理技术的硬件支持。目前已经处于数字信息产品核心引擎的地位。对DSP的发展历史、DSP在一些领域的创新应用，以及DSP的发展前景进行分析。

　　关键词： 数字信号处理器；发展趋势

0、引　言

　　DSP(Digital Signal Processor)，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。自从数字信号处理器问世以来，由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。

1、数字信号处理器(DSP)的发展历程

　　DSP的概念最早出现在上个世纪60年代，直到70年代提出了DSP理论和算法。1982年，德克萨斯仪器公司推出了世界上首枚DSP芯片，即TMS32010，运算速度比MPU快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。日立公司于80年代中期推出了它的第一片CMOSDSPHD61810，这是第一片运用浮点运算的DSP。其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度进一步提高，其应用于范围逐步扩大到通信、计算机领域。90年代DSP发展最快，相继出现了和第五代DSP器件。现在的DSP属于第五代产品，与相比，系统集成度更高。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。

2、数字信号处理器(DSP)的特点

　　DSP也是一种嵌入式处理器，它完全可以完成单片机的功能。唯一重要的区别在于DSP支持单时钟周期的“乘加”运算。DSP具有体积小、功耗小、使用方便、实时处理迅速、处理数据量大、处理精度高、性能价格比高等优点。DSP之所以有以上优点，是因为DSP内部采用了以下5种技术：

　　1)采用哈佛(Harvard)结构体系或改进的哈佛结构体系。DSP处理器几乎毫无例外的采用哈佛结构。哈佛结构把程序代码和数据的存储空间分开，并有各自的地址和数据总线，每个存储器编址，用的一组程序总线和数据总线进行访问。

　　如果程序代码存储空间与数据存储空间之间还可以进行数据交换，则称为改进的哈佛结构。这种结构可以并行进行数据操作。

　　2)采用多总线结构。多总线结构可以同时读取多组数据和存储多组数据，即同一时钟周期内可以执行多个操作指令。

　　3)采用流水线操作。由于DSP哈佛结构指令的各个阶段可以重叠进行，这样对每一条指令似乎都是在一个周期内完成，可以把指令周期减到最小，增加数据吞吐量。

　　4)采用硬件乘法器和高效的MAC指令。DSP芯片都有硬件乘法器，使得乘法运算做到一个周期内完成。与之配合的指令为MAC乘法累加指令，它可以在单周期内取两个操作数相乘，并将结果加载到累加器。

　　5)采用的传输总线及其控制器。处理器高速处理速度必须与高速的数据访问和传输相配合。而且为不影响CPU及其相关总线的工作，DSP的DMA单独设置了传输总线及其控制器，因此DMA可以工作。

3、DSP的应用

　　经过20多年的推广，DSP产品的应用已扩大到人们的学习、工作和生活的各个方面，并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。其典型应用包括以下几个方面：

　　1)通用数字信号处理-自适应滤波，卷积，相关，数字滤波，希尔伯特变换等；2)语音信号处理语音增强，语音识别，语音合成，语音编码，文字转换等；3)图形/图像处理三维动画，图像鉴别/增强/压缩/传输，模式识别，电子地图等；4)特殊应用数字信号处理振动和噪声分析与处理，声纳和雷达信号处理，地震信号分析与处理等。

4、DSP的发展趋势

　　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：

　　1)系统集成DSP是潮流。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。

　　2)追求更高的运算速度和进一步降低功耗和几何尺寸。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。同时便携式手持产品对于低功耗和尺寸的要求很高，所以DSP有待于进一步降低功耗。

　　3)DSP的内核结构进一步改善。多通道结构和单指令多重数据(SIM)、超长指令字结构(VLIM)、超标量结构、超流水结构、多处理、多线程及可并行扩展的超级哈佛结构(SHARC)在新的高性能处理器中将占据主导地位。

　　4)DSP嵌入式系统。DSP嵌入式系统是DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统。这种系统既具有DSP器件在数据处理方面的优势，又具有应用目标所需要的技术特征。　5、小　结

　　DSPR即为数字信号处理器(Digital Signal Processing)，是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器。由于DSP具有体积小、功耗小、使用方便、实时处理迅速、处理数据量大、处理精度高、性能价格比高等优点，已广泛应用于人们的学习、工作和生活的各个方面，未来它的应用领域将越来越广泛。

参考文献：

　　[1]黎泽清、王明泉、李博等，基于DSP的图文输入系统[J]，信息化纵横，2009，(18)：20-25

　　[2]程照明、蔡德钧，基于DSP的话音系统设计及语音处理算法实现[J]，舰船电子工程，2004，(5)：73-80

　　[3]周鹏、邵左文、张玉猛等，基于TMS320F2812的双机信息处理系统设计[J]，国外电子元器件，2006，(8)：60-65

　　[4]郭峻岭，基于DSP的信号采集与处理系统的设计与实现[D]，武汉：武汉理工大学，2009

　　[5]邬可军、朱铭锆、曹建树等，DSP实时多任务操作系统设计与实现[M]，电子工业出版社，2005