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数字信号处理芯片的发展和应用

来源:航天医学与医学工程 作者:严洪宏峰胡耄祺 2004-9-23
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摘要: 摘要:数字信号处理(DSP)系统由于受运算速度的限制,其实时性在相当的时间内远不如模拟信号处理系统。从80年代至今的十多年中,DSP芯片在运算速度、运算精度、制造工艺、芯片成本、体积、工作电压、重量和功耗方面取得了划时代的发展,开发工具和手段不断完善。DSP芯片有着非常快的运算速度,使许多基于DSP芯片的实时数字......


  摘要:数字信号处理(DSP)系统由于受运算速度的限制,其实时性在相当的时间内远不如模拟信号处理系统。从80年代至今的十多年中,DSP芯片在运算速度、运算精度、制造工艺、芯片成本、体积、工作电压、重量和功耗方面取得了划时代的发展,开发工具和手段不断完善。DSP芯片有着非常快的运算速度,使许多基于DSP芯片的实时数字信号处理系统得以实现。目前,DSP芯片已应用在通信、自动控制、航天航空及医疗领域,取得了相当的成果。在载人航天领域,基于DSP芯片的技术具有广阔的应用前景。

  中图分类号:R852  文献标识码:A  文章编号:1002-0837(1999)01-0076-03

The Development and Applications of Digital Signal Processing(DSP)-chip

YAN Hong

  (Institute of Space Medico-Engineering,Beijing 100094,China)

  HONG Feng HU Mao-qi

  Abstract:Due to the limitation of operation speed,real time performance of digital signal processing (DSP) system is far from that of analog signal processing system in decades ago. Since early 80's,DSP chips have been greatly improved in the following aspects: operation speed,computation precision,fabrication technics,cost,chip volume,operational power supply voltage,weight and power consumption. Furthermore,development tools and methods have been developed greatly. Modern DSP chips can be operated very fast,which make the implementation of many DSP based signal processing system possible. Now DSP chips have been widely applied successfully in communication,automatic control,aerospace and medicine. DSP based technology has very promising future in manned space flight area.

  Key words:digital signal processing(DSP);chip;development;application

  数字信号处理作为信号和信息处理的一个分支学科,已渗透到科学研究、技术开发、工业生产、国防和国民经济的各个领域,取得了丰硕的成果。对信号在时域及变换域的特性进行分析、处理,能使我们对信号的特性和本质有更清楚的认识和理解,得到我们需要的信号形式,提高信息的利用程度,进而在更广和更深层次上获取信息。数字信号处理系统的优越性表现为:1.灵活性好:当处理方法和参数发生变化时,处理系统只需通过改变软件设计以适应相应的变化。2.精度高:信号处理系统可以通过A/D变换的位数、处理器的字长和适当的算法满足精度要求。3.可靠性好:处理系统受环境温度、湿度,噪声及电磁场的干扰所造成的影响较小。4.可大规模集成:随着半导体集成电路技术的发展,数字电路的集成度可以作得很高,具有体积小、功耗小、产品一致性好等优点。

  然而,数字信号处理系统由于受到运算速度的限制,其实时性在相当长的时间内远不如模拟信号处理系统,使得数字信号处理系统的应用受到了极大的限制和制约。自70年代末80年代初DSP(数字信号处理)芯片诞生以来,这种情况得到了极大的改善。DSP芯片,也称数字信号处理器,是一种特别适合进行数字信号处理运算的微处理器。DSP芯片的出现和发展,促进数字信号处理技术的提高,许多新系统、新算法应运而生,其应用领域不断拓展。目前,DSP芯片已广泛应用于通信、自动控制、航天航空、军事、医疗等领域。

  DSP芯片的发展

  70年代末80年代初,AMI公司的S2811芯片,Intel公司的2902芯片的诞生标志着DSP芯片的开端。随着半导体集成电路的飞速发展,高速实时数字信号处理技术的要求和数字信号处理应用领域的不断延伸,在80年代初至今的十几年中,DSP芯片取得了划时代的发展。从运算速度看,MAC(乘法并累加)时间已从80年代的400 ns降低到40 ns以下,数据处理能力提高了几十倍。MIPS(每秒执行百万条指令)从80年代初的5MIPS增加到现在的40 MIPS以上。DSP芯片内部关键部件乘法器从80年代初的占模片区的40%左右下降到小于5%,片内RAM增加了一个数量级以上。从制造工艺看,80年代初采用4μm的NMOS工艺而现在则采用亚微米CMOS工艺,DSP芯片的引脚数目从80年代初最多64个增加到现在的200个以上,引脚数量的增多使得芯片应用的灵活性增加,使外部存储器的扩展和各个处理器间的通信更为方便。和早期的DSP芯片相比,现在的DSP芯片有浮点和定点两种数据格式,浮点DSP芯片能进行浮点运算,使运算精度极大提高。DSP芯片的成本、体积、工作电压、重量和功耗较早期的DSP芯片有了很大程度的下降。在DSP开发系统方面,软件和硬件开发工具不断完善。目前某些芯片具有相应的集成开发环境,它支持断点的设置和程序存储器、数据存储器和DMA的访问及程序的单部运行和跟踪等,并可以采用高级语言编程,有些厂家和一些软件开发商为DSP应用软件的开发准备了通用的函数库及各种算法子程序和各种接口程序,这使得应用软件开发更为方便,开发时间大大缩短,因而提高了产品开发的效率。


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