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一文读懂DSP芯片

2018-06-07 10:16 来源:互联网 编辑:Jessie

DSP 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。 DSP芯片是一种快速强大的微处理器,独特之处在于它能即时处理资料。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,可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。 在当今的数字化时代背景下, DSP 己成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。

DSP 芯片的诞生是时代所需。 20 世纪 60 年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在 DSP 芯片出现之前数字信号处理只能依靠微处理器来完成。但由于微处理器较低的处理速度不快,根本就无法满足越来越大的信息量的高速实时要求。因此应用更快更高效的信号处理方式成了日渐迫切的社会需求。

上世纪 70 年代, DSP 芯片的理论和算法基础已成熟。但那时的 DSP 仅仅停留在教科书上,即使是研制出来的 DSP 系统也是由分立元件组成的,其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。

1978 年, AMI 公司发布世界上第一个单片 DSP 芯片 S2811,但没有现代 DSP芯片所必须有的硬件乘法器;

1979 年, 美国 Intel 公司发布的商用可编程器件 2920 是 DSP 芯片的一个主要里程碑,但其依然没有硬件乘法器;

1980 年,日本 NEC 公司推出的 MPD7720 是第一个具有硬件乘法器的商用 DSP芯片,从而被认为是第一块单片 DSP 器件。

一文读懂DSP芯片

DSP 芯片的诞生过程

1982 年世界上诞生了第一代 DSP 芯片 TMS32010 及其系列产品。这种 DSP 器件采用微米工艺 NMOS 技术制作,虽功耗和尺寸稍大,但运算速度却比微处理器快了几十倍。 DSP 芯片的问世是个里程碑,它标志着 DSP 应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。至 80 年代中期,随着 CMOS 工艺的 DSP 芯片应运而生,其存储容量和运算速度都得到成倍提高,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,相继出现了第四代和第五代 DSP 芯片。 第五代与第四代相比系统集成度更高,将 DSP 芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。

进入 21 世纪后,第六代 DSP 芯片横空出世。第六代芯片在性能上全面碾压第五代芯片,同时基于商业目的的不同发展出了诸多个性化的分支,并开始逐渐拓展新的领域。

DSP 芯片的应用领域

DSP 芯片强调数字信号处理的实时性。 DSP 作为数字信号处理器将模拟信号转换成数字信号,用于专用处理器的高速实时处理。 它具有高速,灵活,可编程,低功耗的界面功能,在图形图像处理,语音处理,信号处理等通信领域起到越来越重要的作用。

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DSP芯片在市场上的应用情况

应用 DSP 的领域较多, 未来新应用领域有望层出不穷。 根据美国的权威资讯公司统计,目前 DSP 芯片在市场上应用最多的是通信领域, 占 56.1%;其次是计算机领域,占 21.16%;消费电子和自动控制占 10.69%;军事/航空占 4.59%;仪器仪表占 3.5%;工业控制占 3.31%;办公自动化占 0.65%。

一文读懂DSP芯片

DSP芯片的应用领域

1)DSP 芯片在多媒体通信领域的应用。

媒体数据传输产生的信息量是巨大的,多媒体网络终端在整个过程中需要对获取的信息量进行快速分析和处理,因此 DSP 被运用在语音编码,图像压缩和减少语音通信上。如今 DSP 对于语音解码计算产生实时效果,设计协议要求已经成为最基本的一条国际标准。

2)DSP 芯片在工业控制领域的应用。

在工业控制领域, 工业机器人被广泛应用,对机器人控制系统的性能要求也越来越高。机器人控制系统重中之重就是实时性,在完成一个动作的同时会产生较多的数据和计算处理,这里可以采用高性能的 DSP。 DSP通过应用到机器人的控制系统后,充分利用自身的实时计算速度特性,使得机器人系统可以快速处理问题,随着不断提高 DSP 数字信号芯片速度,在系统中容易构成并行处理网络,大大提高控制系统的性能,使得机器人系统得到更为广泛的发展。

3)DSP 芯片在仪器仪表领域的应用。

DSP 丰富的片内资源可以大大简化仪器仪表的硬件电仪路,实现仪器仪表的 SOC 设计。器仪表的测量精度和速度是一项重要的指标,使用 DSP 芯片开发产品可使这两项指标大大提高。例如 TI 公司的 TMS320F2810 具有高效的 32 位 CPU 内核,12 位 A/D 转换器,丰富的片上存储器和灵活的指挥系统,为高精密仪器搭建了广阔的平台。高精密仪器现在已经发展成为 DSP 的一个重要应用,正处于快速传播时期,将推动产业的技术创新。

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美国德州仪器公司的 TMS320 芯片

3)DSP 芯片在汽车安全与无人驾驶领域的应用。

汽车电子系统日益兴旺发达起来,诸如装设红外线和毫米波雷达,将需用 DSP 进行分析。如今,汽车愈来愈多,防冲撞系统已成为研究热点。而且,利用摄像机拍摄的图像数据需要经过 DSP 处理,才能在驾驶系统里显示出来,供驾驶人员参考。

4)DSP 芯片在军事领域的应用。

DSP 的功耗低、体积小、实时性反应速度都是武器装备中特别需要的。如机载空空导弹,在有限的体积内装有红外探测仪和相应的 DSP信号处理器等部分,完成目标的自动锁定与跟踪。先进战斗机上装备的目视瞄准器和步兵个人携带的头盔式微光仪,需用 DSP 技术完成图像的滤波与增强,智能化目标搜索捕获。 DSP 技术还用于自动火炮控制、巡航导弹、预警飞机、相控阵天线等雷达数字信号处理中。

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