DSP是什么？详解DSP又称数字信号处理器

　   DSP是什么

　　DSP又称数字信号处理器。数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。

　　数字信号处理（Digital Signal Processing， DSP）与数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）两者的缩写都是DSP，但凡是电子信息类专业的同学，都知道DSP是这个学科最重要的专业基础课程之一，但实际上，很多朋友对这两个DSP还有不少的误解。

　　数字信号处理是“是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术”，这是维基百科的定义。在我们更多人的理解中，数字信号处理更多的是指理论方面，比如采样定理、Z变换、线性时不变理论、滤波器及其设计方法（包括FIR与IIR）、频谱分析（DFT，FFT）等内容。更高级的数字信号处理内容还包括自适应滤波、功率谱估计、多速率信号处理、小波变换等等。如果把这个框扩大一些，如定义所言，凡是以数字方式处理信号的理论均属于数字信号处理的范畴。

　　数字信号处理器则更多的是指具体的实现技术方面，也即是说是一类专门用于实现数字信号处理算法的半导体器件。这类器件主要针对数字信号处理典型算法如FIR滤波、FFT等专门优化了内核硬件结构。比如在寻址方式上提供圆周寻址以更有效地实现FIR滤波；再比如针对FFT算法中的位反转运算，提供了专门的指令；凡此等等，不一而足。只是因为这些有别于通用处理器的设计，使得数字信号处理器非常适合数字信号处理算法应用比较多的场合，比如在通信、语音、视频、雷达等许多的领域。

　　这两者的联系是明显的。数字信号处理提供思想武器和理论支持，是高高在上的领导者；数字信号处理器在理论的指导下，实实在在地实现某个算法的功能，是脚踏实地的实践者。针对某个特定的应用，如果没有成熟的算法，即便是DSP硬件电路搭建得再好，DSP的编程语言再熟悉，终究是解决不了问题。反过来说，如果算法成熟，如果没有设计优良的硬件电路，没有编写完善的软件代码，同样也很解决不了问题。在这个意义上，两者相互依存，解决实际问题缺一不可。

　　同样，这两者的区别也是明显的。数字信号处理更偏重理论的分析和推导，常用的工具是数学语言。数字信号处理器更偏重实践，常用的工具是硬件设计的辅助软件和专门的编程环境和编程语言。数字信号处理更本质，具有更大的普遍性。基本的理论永不过时。比如说数字信号处理基础的两大柱石滤波器设计与频谱分析，多少年来，一代又一代的人在不断学习。而数字信号处理器则具有易变性。随着半导体技术的不断发展，新的芯片层出不穷，今天还是功能强大的新芯片，明天可能就成了过时品，在市面上难觅踪影。另外，数字信号处理器只是实现数字信号处理的一类芯片，除此之外，其它类型的芯片同样可以实现数字信号处理算法，比如FPGA，功能可能更强大，从这个角度更能体现数字信号处理的普遍性。

　　DSP的全称为Digital Signal Process，即数字信号处理技术，DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。近年来，数字信号处理器（DSP）芯片已经广泛用于自动控制、图像处理、通信技术、网络设备、仪器仪表和家电等领域;DSP为数字信号处理提供了高效而可靠的硬件基础。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令。

　　DSP特点

 

　　DSP芯片是一种具有特殊结构的微处理器。该芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。

　　TMS320x24x系列数字信号处理器是TI公司推出地一种面向数字马达控制、嵌入式控制系统和数字控制系统开发的新型可编程DSP芯片。LF2407是x240x系列DSP控制器*能最强、片上设施最完备地一个型号，被广泛用于代码开发、系统仿真及实际系统中，其主要特点：

　　（1） 采用高性能静态CMOS技术，使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗;30MIPS的执行速度使得指令周期缩短到33ns（30MHz），从而提高了控制器的实时控制能力。

　　（2） 两个事件管理器模块EVA和EVB，每个包括：两个16位通用定时器;8个16位的脉宽调制（PWM）通道。适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、步进电机和逆变器等。

　　（3） 10位A/D转换器最小转换时间为500ns，可选择由两个事件管理器来触发两个8通道输入A/D转换器或一个16位通道输入的A/D转换器。

　　DSP分类

　　基于DSP芯片构成的控制系统事实上是一个单片系统，因为整个控制所需的各种功能都可由DSP芯片来实现。因此，可以减小目标系统的体积，减少外部元件的个数，增加系统的可靠性。对于那些性能和精度要求高、实时性强、体积小的场合，基于DSP芯片来构成控制系统是具有很高性能价格比的实现方法。DSP芯片可以按照下列三种方式进行分类。

　　按基础特性分---如果在某时钟频率范围内的任何时钟频率上，DSP芯片都能正常工作，这类DSP芯片一般称为静态DSP芯片。如果有两种或以上的DSP芯片，它们的指令集和相应的机器代码机管脚结构相互兼容，则这类DSP芯片称为一致性DSP芯片。

　　按数据格式分---数据以定点格式工作的DSP芯片称为定点DSP芯片，不同浮点DSP芯片所采用的浮点格式不完全一样，有的DSP芯片采用自定义的浮点格式，而有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式。

　　按用途分---按照DSP的用途来分，可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片。

　　DSP应用

　　自从DSP芯片诞生以来，DSP芯片得到了飞速的发展。DSP芯片高速发展，一方面得益于集成电路的发展，另一方面也得益于巨大的市场。在短短的十多年时间，DSP芯片已经在信号处理、通信、雷达等许多领域得到广泛的应用。DSP芯片的应用主要有：

　　（1）信号处理——如，数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、相关运算、频谱分析、卷积等。

　　（2）通信——如，调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回坡抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、波形产生等。

　　（3）语音——如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、说话人确认、语音邮件、语音储存等。

　　（4）图像/图形——如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画、机器人视觉等。

　　（5）军事——如保密通信、雷达处理、声纳处理、导航等。

　　（6）仪器仪表——如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理等。

　　（7）自动控制——如引擎控制、深空、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制。

　　（8）医疗——如助听、超声设备、诊断工具、病人监护等。