DSP 的含义、结构与分类

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　　【中国集群通信网】DSP(Digital Signal Processing)是数字信号处理器件，是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。一个数字信号处理器在一块不大的芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等，在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定数量的外部设备互相通信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机。因此，它是一类专门为实现数字信号处理任务而设计的高性能的单片CPU。DSP采用的是哈佛设计，即数据总线和地址总线分开，使程序和数据分别存储在两个分开的空间，允许取指令和执行指令完全重叠，也就是说在执行上一条指令的同时就可取出下一条指令，并进行译码，这就大大的提高了微处理器的速度。此外，还允许在程序空间和数据空间之间进行传输，因为增加了器件的灵活性。

　　DSP的工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且它的实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。由于它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂的应用提供了一条有效途径。

　　DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。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，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。因此，DSP芯片的基本结构如下。

　　1、哈佛结构

　　哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。由于程序和存储器在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠。

　　2、流水线操作

　　流水线与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行的时间，从而增强了处理器的处理能力。处理器可以并行处理二到四条指令，每条指令处于流水线的不同阶段。

　　3、专用的硬件乘法器

　　专用的硬件乘法器的乘法速度越快，DSP处理器的性能越高。由于具有专用的应用乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。

　　4、特殊的DSP指令

　　一般，DSP芯片均是采用特殊的指令。

　　5、快速的指令周期

　　通常，哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令、快速的指令周期等5部分，再加上集成电路的优化设计可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。

　　DSP的芯片有多种，可以按照以下的三种方式进行分类。

　　1、按基础特性分

　　根据基础特性，即DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类，可分为静态DSP芯片与一致性的DSP芯片。静态DSP芯片是，如果DSP芯片在某时钟频率范围内的任何频率上能正常工作，除计算速度有变化外，没有性能的下降的DSP芯片;一致性的DSP芯片是， 如果有两种或两种以上的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的DSP芯片。

　　2、按数据格式分

　　根据DSP芯片工作的数据格式可分为定点DSP芯片与浮点DSP芯片。即数据以定点格式工作的DSP芯片称之为定点DSP芯片;以浮点格式工作的称为浮点DSP芯片，但不同的浮点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，有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式。

　　3、按用途分

　　按照DSP芯片的用途来分，可分为通用型DSP芯片和专用型DSP芯片。通用型DSP芯片适合普通的DSP应用，如TI公司的一系列DSP芯片。专用型DSP芯片是为特定的DSP运算而设计的，更适合特殊的运算，如数字滤波，卷积和FFT等。