[编者按]： 数字信号处理是一种将现实世界中的真实信号(专业术语称之为连续信号)转换为计算机能够处理的信息的过程。比如人们说话的声音，这就是一个连续信号,除此之外，现实生活中还有很多这样的信号，比如光、压力、温度等等。这些信号通过一个模拟向数字的转换过程(称之为AD)，变成数字信号送给处理器，进行数字计算，处理结束后，再把结果通过数字向模拟的转换过程重新变成连续信号(称之为DA)。用一般的通用微处理器可以完成这些工作，但是面临的问题是满足如此高的计算速度，就很难保证耗电量很低，更难保证价格足够便宜。因此，另一种微处理器应运而生：数字信号处理器，简称DSP。
DSP简介
数字信号处理器(DSP)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叶变换(FFT)为基础，对数字信号进行实时处理。近二十年来，由于集成电路技术的高速发展，使得用硬件来实现各种数字滤波和快速傅立叶变换成为可能，从而使DSP得到了极其迅速的发展和广泛的应用。在数字化的世界和互联网的时代，DSP变得越来越重要，可以说是无处不在。
DSP最基本的特征是：
1）能够在一个指令周期内实现一次或多次乘法累加（MAC）运算。所以，在DSP中集成了多个乘法累加运算单元，可以进行并行乘法累加运算。
2）能够在一个指令周期内完成对存储器的多次读取。所以，在DSP中集成了多个片内总线和多端口片内存储器。
3）为了加快处理器中的运算，在DSP中集成了多个地址产生单元，以支持循环寻址和位翻转寻址。
4）处理器中的运算大多是重复的运算，为了方便使用，大部分DSP都支持这种重复运算，而不用额外编写重复运算的指令。
5）大部分DSP都提供多个串行或并行I/O接口，以及特别I/O接口来处理特殊的数据，以降低成本和提高输出/输入性能。 [详细]
DSP芯片，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具，其主机应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：
（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；
（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
（7）可以并行执行多个操作；
（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。
如何由单片机升级到DSP
在过去的几十年里，单片机的广泛应用实现了简单的智能控制功能。随着信息化的进程和计算机科学与技术、信号处理理论与方法等的迅速发展，需要处理的数据量越来越大，对实时性和精度的要求越来越高，低档单片机已不再能满足要求。近年来，各种集成化的单片DSP的性能得到很大改善，软件和开发工具也越来越多，越来越好；价格却大幅度下滑，从而使得DSP器件及技术更容易使用，价格也能够为广大用户接受；越来越多的单片机用户开始选用DSP器件来提高产品性能，DSP器件取代高档单片机的时机已经成熟。
本文将从性能、价格等方面对单片机和DSP器件进行比较，在此基础上，以TI的TMS320C2XX系列DSP器件为例，探讨DSP器件取代单片机的可行性。
DSP器件与单片机的比较
1.单片机的特点
所谓单片机就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的还集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起来说，单片机具有如下特点：
具有位处理能力，强调控制和事务处理功能。
价格低廉。如低档单片机价格只有人民币几元钱。
开发环境完备，开发工具齐全，应用资料众多。
后备人才充足。国内大多数高校都开设了单片机课程和单片机实验。
2.DSP器件的特点
与单片机相比，DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路，可提供PWM输出。DSP器件采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍，完成一次乘加运算快16～30倍。DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先进的开发手段，批量生产测试更方便，开发工具可实现全空间透明仿真，不占用用户任何资源。软件配有汇编/链接C编译器、C源码调试器。
目前国内推广应用最为广泛的DSP器件是美国德州仪器(TI)公司生产的TMS320系列。DSP开发系统的国产化工作已经完成，国产开发系统的价格至少比进口价格低一半，有的如TMS320C2XX开发系统只有进口开发系统价格的1/5，这大大刺激了DSP器件的应用。目前，已有不少高校计划建立DSP实验室，TI公司和北京闻亭公司都已制订了高校支持计划，将带动国内DSP器件的应用和推广。
3.DSP器件大规模推广指日可待
通过上述比较，我们可得出结论：DSP器件是一种具有高速运算能力的单片机
从应用角度看：DSP器件是运算密集型的，而单片机是事务密集型的，DSP器件可以取代单片机，单片机却不能取代DSP。DSP器件价格大幅度下滑，直逼单片机。DSP器件广泛使用了JTAG硬件仿真，比单片机更易于硬件调试。国产化的DSP开发系统为更多用户采用DSP器件提供了可能性。DSP取代单片机的技术和价格的市场条件已经成熟,大规模推广指日可待。
DSP器件的典型应用
随着DSP性能不断改善，用DSP器件来作实时处理已成为当今和未来技术发展的一个新热点。
TI公司最新推出的TMS320C2XX系列具有良好的性能价格比，基本可以取代16位单片机。其中TMS320C203单片价格不到人民币100元，芯片内置544字的高速SRAM。外部可寻址64K字程序/数据及I/O，指令周期在25ns～50ns之间，实时性处理比16位单片机快2倍以上，可取代一般的单片机。TMS320F206除了具有TMS320C203的功能外，内置32K字零等待快闪存储器，可满足单片设计的要求，能最大限度减少用户板的体积。TMS320F240的指令、DSP核与TMS320C203、F206完全兼容，内置8K/16K字快闪存储器，增加了两路10位A/D，每路采样频率可达166kHz，提供9路独立的PWM输出，内置SCI和SPI接口，内置CAN总线接口。这些大大增强了TMS320X240的处理能力，在电机控制领域显示了强大的生命力。它是一个典型的TMS320F240的用户系统，它实现如下功能：
3相PWM输出/3相电流测量/按键控制、液晶显示/RS232通信,A/D、D/A接口,62K字零等待SRAM,扩展的输入、输出及双向I/O口/JTAG接口
结论
DSP技术的不断完善，各种DSP器件的不断推出，将为实时数字信号处理的应用创造前所未有的广阔空间。单片机用户在硬件和软件方面的设计经验可使他们很容易从单片机升级到DSP。
DSP系统的设计过程
总的来说，DSP系统的设计还没有非常好的正规设计方法。
在设计 DSP 系统之前，首先必须根据应用系统的目标确定系统的性能指标、信号处理
的要求，通常可用数据流程图、数学运算序列、正式的符号或自然语言来描述。
第二步是根据系统的要求进行高级语言的模拟。一般来说，为了实现系统的最终目标，
需要对输入的信号进行适当的处理，而处理方法的不同会导致不同的系统性能，要得到
最佳的系统性能，就必须在这一步确定最佳的处理方法，即数字信号处理的算法（Algo
rithm），因此这一步也称算法模拟阶段。例如，语音压缩编码算法就是要在确定的压缩
比条件下，获得最佳的合成语音。算法模拟所用的输入数据是实际信号经采集而获得的
，通常以计算机文件的形式存储为数据文件。如语音压缩编码算法模拟时所用的语音信
号就是实际采集而获得并存储为计算机文件形式的语音数据文件。有些算法模拟时所用
的输入数据并不一定要是实际采集的信号数据，只要能够验证算法的可行性，输入假设
的数据也是可以的。
在完成第二步之后，接下来就可以设计实时DSP系统，实时DSP系统的设计包括硬件设计
和软件设计两个方面。硬件设计首先要根据系统运算量的大小、对运算精度的要求、系
统成本限制以及体积、功耗等要求选择合适的DSP芯片。然后设计DSP芯片的外围电路及
其他电路。软件设计和编程主要根据系统要求和所选的DSP芯片编写相应的DSP汇编程序
，若系统运算量不大且有高级语言编译器支持，也可用高级语言（如C语言）编程。由于
现有的高级语言编译器的效率还比不上手工编写汇编语言的效率，因此在实际应用系统
中常常采用高级语言和汇编语言的混合编程方法，即在算法运算量大的地方，用手工编
写的方法编写汇编语言，而运算量不大的地方则采用高级语言。采用这种方法，既可缩
短软件开发的周期，提高程序的可读性和可移植性，又能满足系统实时运算的要求。
DSP硬件和软件设计完成后，就需要进行硬件和软件的调试。软件的调试一般借助于DSP
开发工具，如软件模拟器、DSP开发系统或仿真器等。调试DSP算法时一般采用比较实时
结果与模拟结果的方法，如果实时程序和模拟程序的输入相同，则两者的输出应该一致
。应用系统的其他软件可以根据实际情况进行调试。硬件调试一般采用硬件仿真器进行
调试，如果没有相应的硬件仿真器，且硬件系统不是十分复杂，也可以借助于一般的工
具进行调试。
系统的软件和硬件分别调试完成后，就可以将软件脱离开发系统而直接在应用系统上运
行。当然，DSP系统的开发，特别是软件开发是一个需要反复进行的过程，虽然通过算法
模拟基本上可以知道实时系统的性能，但实际上模拟环境不可能做到与实时系统环境完
全一致，而且将模拟算法移植到实时系统时必须考虑算法是否能够实时运行的问题。如
果算法运算量太大不能在硬件上实时运行，则必须重新修改或简化算法。
DSP应用领域
Forward Concepts公司发表的一份报告显示，2001年全部可编程DSP销售额中通信应用部分占2/3，在2001年的全部DSP营收中，无线应用部分占55%，计算机及外设占12%，有线部分11%，消费类应用7%，汽车应用2.4%，多用途及其它占12.5%。
2002年上半年无线市场的DSP出货量上升了15%，这使得无线领域占DSP市场的份额增长到了创纪录的60%；对汽车市场的DSP出货量比2001年大幅上升了66%，汽车市场在DSP市场中所占的比重已从去年的2.5%上升到今年的3.5%。在计算机和外设市场，到2002年上半年为止，DSP对该市场的出货量下降了约18%。多用途市场比2001年同期下降了近26%，现在约占DSP市场的11.4%。
--------------------------------------------------------------------------------
DSP在广播技术中的应用
---- 所属行业 : 其他
发布公司： 查看公司联系方式
DSP（digital system processor）数字信号处理系统是近年发展起来的一种新型微电子器件。DSP芯片建立在数字处理的各种理论和算法的基础上，专门完成各种数字信息的处理。DSP器件的出现，使得各种数字信号处理算法得以实现，简化了信息处理的程序及速度，大大地促进了现代电子技术及信息技术的发展；DSP技术的出现，决定了电子产品又一个更新换代的时代到来。今天，DSP系统已经成为通信、计算机、网络、工业控制以及家用电器等领域中不可缺少的基础器件。如数字移动通信GSM、IS-54、IS-95等制式的电话网手机，其基带信号的处理就是采用了DSP为核心的DSPS专用芯片。现代的VCD、DVD、DVB芯片组也是以 DSP器件为核心加上混合器件、存储器等构成。
随着微电子技术的发展以及计算机技术的应用，广播电视越来越广泛地应用数字信号处理，数字信号处理较传统的模拟信号处理的优点，不断在实际应用中得到体现：数字信号较模拟信号处理具有较大的动态范围，易于实现机器设备之间的匹配；数据处理具有较高的信噪比（S/N），在处理过程中不会产生噪声；数字数据具有高度的灵活性，易于处理、缓存、组合，可以时分多用、并行处理，具有极好的重现性、可靠性和预见性；对噪声、非平衡干扰和多径干扰，有相应的方法进行信号处理。
DSP系统主要有两种应用模式，一种是用同步控制单元实现多路DSP处理，另一种工作模式就是利用DSP高速的信号处理芯片进行各种实时处理。在Ureka-147 DAB广播、DVB系统中，DSP系统也充当极其重要得角色：信源编解码（MUSICAM）：DSP系统负责20Hz～15KHz音频信号的编码，其中包括字频带的分析、心理模型和量化编码等；信道编解码（COFDM）：卷积编码、帧交织、维特比译码、校正、校验……；调制解调：DQPSK、QPSK……
当前广播技术正在由模拟向数字化转化，在这场数字化革命中，DSP系统起到了推波逐澜的作用，并逐渐发展为不可缺少的基础器件，在不久的将来，随着高性能的、低价格的DSP芯片实现，我们期待已久的新一代广播电视DAB、DMB、DVB将会实现。
在当前的DSP市场上，通信设备是其最大的用户，以下是其中的几个例子：
(1)数字式蜂房系统
数字式蜂房系统使用通用DSP来实现语音合成(speech synthesis)、纠错编码(error-correction coding)、基带调制解调器(baseband modem)、以及系统控制等功能。
a．语音合成、语音压缩与编码是DSP最早和最广泛的应用项目。在有线和无线通信中，矢量编码器用于将语音信号压缩到有限带宽的信道中。
b．纠错编码。前向纠错(FEC，Forward Error-Correction)方案广泛地使用在电信应用中、用以降低噪声信道中的bit误码率。随着越来越多的数据要通过有限带宽的信道、对改善的FEC技术的需求也就更加迫切。循环冗余检验(CRC)和bit奇偶检验仍然用于简单的误码检测。然而，更复杂的前向纠错方案，例如Verbi卷积编码和Reed-Solomon(RS)编码常常使用于多bit的检错与纠错。通常，链接的编码方案在降低bit误码方面要优于简单的方案。例如，美国数字蜂房移动电话的IS-54语音信道规范，就由CRC和卷积码来共同保证。
c．基带调制与解调。DSP能够用来实现基带调制解调功能。这些功能包括定时的恢复、自动增益和频率控制、符号检测、脉冲整形、以及匹配滤波器等。许多功能以往是用硬件来实现的。随着高性能DSP的发展和多种目的硬件设计需要的增长，例如，IS-54标准就要求每个终端能够处理三种调制方案：FM、FSK、DQPSK，现在往往用DSP通过其软件来实现。
(2)软件电台(Software rideo)
近年来得到充分重视与迅速发展的软件电台，是利用同样的硬件设备和不同的软件模块，来适应不同频段、不同调制方式下的通信。在软件电台中，最重要和最具挑战性的部分就是高性能的A／D、D／A变换器和以DSP为核心的实时信号处理器。软件电台概念的提出和最初的应用都是在军用通信中；但近年来在各种民用通信系统中也已显露出了广阔的应用前景。软件电台对DSP所提出的实时性很高的要求，正有力地促进着DSP的发展，其中包括单片处理器的性能、多处理器协同工作的能力、DSP软件开发的环境和DSP实时操作系统等多方面的发展。
(3)均衡和信道估计
对DSP来说，另一个计算量繁重的任务是信道模拟，用以估计回声、噪音或码间干扰。线路回声对消是在公用有线电话上适合用DSP来实现的应用。回声和噪音的对消对于有线和无线通信同样重要。
均衡是又一种信道估计技术，用以消除由于信道延时扩展所引起的码间干扰。
(4)语音和字符识别算法
DSP在完成核心的应用之外，还常常用来完成用户界面的任务。这是因为以DSP为基础的产品具有很强的设计灵活性，允许系统的设计者把附加的任务加给他们的DSP，以便更充分地利用其处理能力。在移动电话中。其语音拨号功能就可以由DSP来实现。在使用个人数字助理(PDA、Personal Digital Assistent)技术时，把计算机和通信应用结合在一起，人机界面设计就来得更重要。
(5)调制解调器(Modem)
调制解调器中复杂的数学运算主要是依靠DSP或由DSP核组成的ASIC来完成的。在便携式计算机中、对调制解调器的大小、重量、功耗特别关注时，对DSP的要求就来得更高。调制解调器的速度随着DSP速度的提高而不断地提高，到1997年已达到56kbps。
(6)综合业务数字网(ISDN)
ISDN在显著降低成本的同时，使数据传输速率得到很大的提高。从而使一些需要高速数据传输率和信息实时处理的新业务得到发展，如交互式出版、视频会议、远程医疗、远程教学等。
以视频会议为例。由于需要很宽的带宽来传输视频图象和声音，传统的电视会议需要专门租用昂贵的宽带信道。而以最新的DSP为基础的视频会议系统所实现的H.320编码与国际视频会议及ISDN视频电话兼容。也就是说，可以在ISDN的6个基本速率接口(即6×64kbps)上运行视频会议。
由DSP来实现的双模式Modem，既可以在模拟信道上以模拟模式工作、也可以在ISDN信道上以数字格式工作，因为ISDN系统是数字式的。
(7)多媒体
多媒体是由将传统的模拟视频信号和声音信号转换为数字信号而驱动的。电影和电视已经可以装入VCD和DVD供家庭娱乐、电子游戏、商业展览、教学等。数字式的视频数据很快就可以通过电缆电视、电话线、蜂房电话和卫星等信道传输。由视频和声音信号数字化所产生的大量数据，要依靠高性能的DSP来减小对存储空间和传输带宽的要求。需要由DSP来完成的任务包括视频信号与音频信号的编码／解码、彩色空间转换、回音消除、滤波、误码校正、复用、bit流协议处理等。
DSP市场及发展趋势
DSP是目前电子工业领域增长最迅速的产品之一，据世界半导体贸易统计组织(WSTS)发布的统计和预测报告显示，1996~2005年，全球DSP市场将一直保持稳步增长，其中，2000年的增长率为37%，2001年为8%，并且从2001年到2005年，增长率将逐年递增，2005年的增长率将达34%。因此，全球DSP市场的前景非常广阔，DSP产业将成为21世纪最具发展潜力的朝阳产业。
未来10年，全球DSP产品将向着高性能、低功耗、加强融合和拓展多种应用的趋势发展，DSP芯片将越来越多地渗透到各种电子产品当中，成为各种电子产品尤其是通信类电子产品的技术核心，将会越来越受到业界的青睐。据TI预测，到2010年，DSP芯片的集成度将会增加11倍，在单个芯片内将能集成5亿只晶体管。目前DSP的生产工艺已开始从0.35mm转向0.25mm、0.18mm，预计到2005年，DSP芯片的工艺将达到0.075mm的更高水平，届时，将能够在一块仅有拇指大小的单个芯片上集成8个DSP内核。ADI公司副总裁Ben Naskar指出:"面对新世纪的网络产品、消费类电子产品以有无线通信等领域不断涌现的新应用，DSP产品在不断地提高性能和增加功能的同时，正在不断地降低功耗和减小体积，以便适应市场的需求。"
很明然，在可预见的一段时间内，无线应用仍将是可编程DSP市场的驱动引擎。不过，嵌入式DSP市场是一个更大的市场，我们将在后续的市场报告中予以讨论。DSP技术(无论何种形式)是你能够访问窄带、宽带或是无线互联网的唯一手段，它还是新兴的分组(IP)电话市场的关键。没有DSP就没有对互联网的访问，没有多媒体，也没有无线通信。因此，尽管遭遇了短期的市场挫折，DSP仍将是整个半导体工业的技术驱动力。
而国内发展DSP的厂商并不多，而主要的应用产品是DVD与无线电话等，因此国内DSP的产值并不高；而在产品应用上，目前重要的DSP应用产品，如行动电话、调制解调器、HDD等个人计算机与通讯领域应用产品，都是采用国际大厂的DSP solution，因此国内厂商尚无插足的余地。
在未来的发展上，国内的业者如欲进入DSP领域，在目前这个垄断市场情况相当明显的情势之下，应避免与国际大厂在其擅长的领域正面交锋，若能另辟市场，选择利基产品切入，例如消费性电子产品市场，则尚有机会在DSP市场一搏，目前国内已有相当不错成绩的DVD产品即为一证明。
世界经济萧条和中国经济的持续发展使更多世界一流的跨国公司调整在中