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DSP软件向桌面和嵌入式系
面向视频监控和视频服务
高速DSP系统PCB板的可靠

DSP技术

作者：佚名文章来源：不详点击数：更新时间：2007-3-17 9:03:57

DSP软件向桌面和嵌入式系统挑战

　　单个数字信号处理（DSP）芯片曾经作为协处理器来实现滤波器算法。现在DSP技术的发展已实现了多个复杂算法的并行。但是,这种功能的扩展也产生了新的问题，开发人员发现，在DSP处理能力方面，当MIP和存储器的问题得到解决时，他们又面临着新的课题，即如何来管理设计复杂的软件。

　　如何合理地安排数据流程，使之在DSP的各执行单元间无冲突地顺利执行，仍是DSP开发人员面临的一个非常重要的问题。由于设计的复杂性，将算法映射到DSP具体目标硬件上时，尚不能采用高层次编程语言，必须使用汇编语言，并对器件的并行执行机制有十分清楚的了解。而这种局限于汇编语言的编程设计,正是提高软件开发效率的瓶颈。

　　90年代早期，嵌入式系统和桌面应用的开发人员曾面临相似的问题。当时为提高设计效率而采用的方法现在仍可借鉴使用。一个短期的解决方案是由编程人员自己解决这一问题。但是，编程人员相对短缺，而且DSP领域编程人员更为紧缺。在DSP开发时，可以考虑采用非DSP专业的编程人员，但这些人员一般倾向于使用桌面和嵌入式应用的开发工具。而DSP开发领域还没有类似的工具，这就阻碍了DSP应用的进一步推广。

开发相似，实质不同
　　即使采用了上述的开发工具，DSP还具有不同于RISC和CISC的独特特征。DSP处理能力不仅靠越来越快的时钟速率来实现，而且还依赖于并行处理结构的进一步采用。早期的DSP仅含有单个多路器和累加器，由哈佛结构以及一些控制寄存器环路组成。而目前的DSP处理器通常采用多个执行单元，每个执行单元都由算数逻辑运算单元（ALU），一个多路器和累加器组成，而且这些执行单元可以并行执行。

　　美国I.C.Com 公司在与西门子半导体公司的合作中，开发出了Carmel DSP，它通过一个非常类似C的汇编语言来解决DSP开发面临的上述瓶颈问题。

　　I.C.Com公司VLSI设计副总裁Amnon Rom说：“我们的目的是使我们的汇编语言Carmel尽可能地接近C语言。对DSP开发来说，减少开发过程中从浮点算法转换到固定点算法，然后再到汇编语言程序所需的时间非常重要。通过将汇编语言与之一一对应，从而减去了从C语言到汇编语言的开发步骤。”

　　　友好易用的硬件系统

　　美国ZSP公司采用易于编译的硬件系统来解决DSP开发中面临的这一问题。其硬件系统包含一个正交指令集，一个透明状态机和一个流水线控制单元。其中流水线控制单元是该结构的关键，它代替编程人员对DSP中的并行执行单元进行作业安排控制。通过分配指令到硬件、解决数据和资源间的依存问题，从而将指令分组分配到DSP的各个并行执行单元。这样减去了编程人员和编译器安排分配并行任务的负担。

　　ZSP公司提供一套完整的软件开发工具，让编程人员管理复杂的DSP编程任务。可以通过命令行直接调用这一工具，或者通过使用Premia的Codewright编辑器。Codewright
是一个开发工作平台，通过它可启动其他应用程序。ZSP就是采用该平台来管理其Gnu编译器、汇编器、链接器、仿真器以及调试工具。

　　Codewright开发环境进一步扩展，包括了设计项目目录管理功能，对项目可执行程序的生成进行参数调整。针对基本的DSP软件开发，ZSP公司提供了一个完整的解决方案。

　　美国TI公司认为DSP未来的发展在于软件，并已经开始着手两项开发。首先，它将Code Composer IDE的功能与DSP/BIOS和RTDX驱动程序进行集成，组成综合开发环境Code Composer Studio。这是TI将其收购的GoDSP公司Code Composer DSP调试工具与Spectron的低档DSP操作系统进行统一集成的结果。其次，它建立了DSP软件模块的标准接口，以便更好地重新利用现有的实现了的DSP算法。

　　TI公司认为，通过将一个汇编语言优化器集成到其Code Composer开发环境，从而减少了对汇编语言的需要。据称该工具产生的编码的效率可达到手工调试的汇编语言的80%。

　　对DSP开发，每个MIP和存储器字非常珍贵，对这一资源的任何浪费都会影响项目的进展，使之难以完成。但为了提高软件开发效率，也必须牺牲一些MIP和存储器

为了更好地开发

　　对DSP开发，每个MIP和存储器字（Word）非常珍贵，对这一资源的任何浪费都会
影响项目的进展，使之难以完成。但为了提高软件开发效率，也必须牺牲一些MIP和存
储器。这些MIP和存储器资源是用在DSP内访问程序和数据转换方面，访问程序将DSP算
法的内部表达方式转换成共用的方式，以便进行通信。

　　TI公司提出的软件标准包含两个方面，一是处理目标硬件与主机的接口，另一方
面处理内部的API（应用程序接口）集，以提供DSP软件模块间的通信。在主机一侧，是
Active X程序集，用来处理与目标硬件间的通信，并模拟目标器件的行为。这里主机接
口包括以下四个主组：项目服务器，编辑服务器，图象服务器和调试服务器。其中调试
服务器用来建立和维持与目标硬件间的通信。在目标硬件一侧，链接依赖于RTDX和
DSP BIOS。

　　Blue Wave Systems的产品经理Nick Keeling对Code Composer Studio表示很大的兴趣，他说，通过这一产品，可以看到DSP软件开发步入成熟。这一进程是TI与其第三方DSP板级开发商共同合作的结果，从Code Composer Studio开发的初期，第三方板级开发商就积极地参与了进来。而这一参与使第三方厂商有能力对Code Composer Studio的功能开展进一步开发。

　　Blue Wave Systems公司正对Code Composer Studio进行改进，使它能自动识别与之相连的任何电路板，包括读取电路板上的配置信息，以及识别安装在电路板上的驱动程序类型。该公司可提供这种电路板和改进后的具备自动识别功能的Code Composer Studio开发环境。

　　Analog Devices公司的Visual DSP工具集与TI公司的Code Composer类似，但不包括主机与目标硬件的链接。该工具支持其全部SHARC DSP系列产品。

　　Visual DSP是集成了IDE和调试器的一个项目管理工具。原码调试工作可在一个C语言和汇编语言的混合环境中完成。同时调试工作可通过一个硬件仿真器在主机上进行，也可直接在目标硬件上实现。

　　目标器件接口数据流可通过中断的随机组合来仿真。并可在指定的地址范围内和地址范围外设置观测点进行检查。这种功能使开发人员能更好地处理堆栈资源的下溢和上溢。

DSP：数字化时代的骄子
　　在即将告别20世纪、步入21世纪的世纪之交的时刻，让我们首先回顾一下国际上电子工业最近30年来发展的历程：70年代的电子工业以消费电子为主，代表性的产品是录像机、摄像机、彩电，主要的生产厂商是日本的Sony、JVC、荷兰的Philips等家电厂商，依靠的是大规模生产和优秀的质量。80年代是计算机时代，代表性的产品是PC机、硬盘驱动器、打印机，主要生产厂商是美国的Intel、IBM、Microsoft、Compaq等公司。90年代起是信息时代，代表性的产品是个人通信网、网络接入设备、数字化消费类电子产品，主要生产厂商目前尚难确定，处于战国七雄争霸时代，主要获胜的战略之一是以DSP为核心的技术及其创新产品。

　　DSP可以代表数字信号处理技术，也可以代表数字信号处理器，其实两者是不可分割的，前者是理论上的技术，要通过后者变成实际产品。两者结合起来就成为解决某一实际问题和实现某一方案的手段——数字信号处理解决方案（DSPS）。

　　DSPS正在改变我们生活方式的各个方面，例如人们之间的联系方式正由电话转向个人通信方式。人类从电话发明到5千万电话用户数花了70年时间，模拟蜂窝电话达到5千万用户花了14年，而数字蜂窝电话（GSM是其中之一）只花了5年就达到相同的用户数。

　　再如我们的娱乐方式，VCD、DVD正替代VHS录像机，数字电视机开始替代模拟的NTSC或PAL制电视机。家庭影院主要由数字化A/V设备组成，DSP不仅给你环绕声，还为你虚拟各种现场效果。

　　DSP日益进入人们的生活，所以DSP芯片的年增长率超过50%，在最近几年整个半导体产量下降的情况下，唯有DSP芯片保持高速增长的势头。

　　DSP的发展面临的挑战是CPU速度的急速增快和价格的持续下降，使DSP制造商面临两种选择，一种是加快DSP的发展，另一种是退出竞争。看来主要的DSP制造商都选择了第一种路线，尤其是占全球DSP销售份额45%的美国TI公司在对公司的产品进行结构性调整的基础上，以多元化投资转到单一化投资，确立以DSPS为主要发展的产品，即集所有技术、所有产品于DSP。

　　TI公司在原来已被人们熟知的TMS320C1X、TMS320C25、TMS320C3X/4X、TMS320C5X
、TMS320C8X的基础上发展了三种新的DSP系列，它们是：TMS320C2000、TMS320C5000、
TMS320C6000系列，成为当前和未来相当长时期内TI DSP的主流产品，前面提到的那些老型号产品均将被这三种新系列产品替代。从今年开始，’C1X、’C25、C5X、C8X的价格每年都会上调，今年提升了10%。而’C2000、’C5000和’C6000三种新系列芯片的价格会逐年作较大幅度的下调，因此无论从价格还是技术支持或是从产品开发的连续性出发，建议大家尽量采用新的DSP系列，在进行教学、培训时也应介绍这三种新的系列。

　　三种新型TMS320 DSP系列的特点

　　1.TMS320C2000——作控制用的最佳DSP，可以替代老的’C1X和’C2X。现在有趋势集中在以下两个方向上：

　　（1）’C20X 16位定点DSP，速度为20MIPS，主要用途是电话、数字相机、售货机等，其中：’F206带有闪速存储器，售价从5～17美元。

　　（2）’C24X 16位定点DSP，速度为20MIPS，用作数字马达控制、工业自动化、电力转换系统、空调等，售价从4～18美元。

　　2.TMS320C5000——低功耗高性能DSP，16位定点，速度40～200MIPS。主要用途是有线和无线通信、IP、便携式信息系统、寻呼机、助听器等。价格5～75美元。

　　图1是’C5000系列的发展图。

　　目前’C5000系列中又有三种新成员，一种是’C5402，这是廉价型的DSP，目标
价格是每片5美元（50K批量），速度保持100MIPS，片内存储空间稍小一些，RAM为
16K、ROM为4K。主要应用对象是无线Modem、新一代PDA、网络电话和其它电话系统以及
消费类电子产品。

　　第二种是’C5420，它拥有两个DSP核，速度达到200MIPS，200K片内RAM，功耗0.32mA/MIPS，200MIPS全速工作时不超过120mW，为业内功耗最低的DSP。’C5420是当今集成度最高的定点DSP，适合于做多通道基站、服务器、Modem和电话系统等要求高性能、低功耗、小尺寸的场合。
　　
　　第三种是’C5416，它是TI公司0.15μm器件中的第一款，速度为160MIPS，有三个
多通道缓冲串行口（McBSPs），能够直接与T1或E1线路联接，不需要外部逻辑电路，有128K片内RAM。应用对象是VoIP、通信服务器、PBX（专用小交换机）和计算机电话系统等。

　　3.TMS320C6000——这是TI公司1997年2月推向市场的高性能DSP，综合了目前DSP的所有优点，具有最佳的性价比和低功耗。’C6000系列中又分成定点和浮点两类。

　　（1）’C62XX 16位定点DSP，速度为1200～2000MIPS，用于无线基站、ADSL Modem、网络系统、中心局交换机、数字音频广播设备等，价格为21～224美元。

　　（2）’C67XX 32位浮点DSP，速度为1Gflops，用于基站数字波束形成、医学图像处理、语音识别、3-D图形等，价格109～233美元。

　　图2是’C6000系列的发展图。从图中可看出，’C6000在向两个方向发展，一是追求更高的性能，二是在保持高性能的同时向廉价型发展。前者如定点’C6202可以达到2000MIPS的速度，后者如定点’C6211只有25美元、浮点的’C6711仅售20美元。

　　在老的TI DSP系列中，浮点’C30还是TI公司主推的产品，因此它的售价不像其它老系列每年都要提升。TI公司还在对这个型号作性能改进和制造廉价型，如新近推出的’C33采用0.18μm制造工艺，有1M RAM，速度为120Mflops，为老产品的两倍，而价格仅5美元。速度更高的150Mflops为8美元。’C33与其它’C3X器件代码兼容，所以用户可以保护其软件环境，在他们换用新器件时还可以减少开发时间。

DSP为电子业创造新的机遇
　　上面所介绍的TI公司的新一代DSP已经替代80年代和90年代初的老一代产品，在电子信息产业方面获得了广泛的应用。’C2000系列已用于数字马达控制、数字照相机、PC照相机；’C5000系列用于蜂窝网手机、程控交换；’C6000系列用于基站、ADSL、V.90 56K Modem。

　　有数百家直接依靠TI的DSP而成立的公司，称为TI的第三方（Their Party），它们有做DSP开发工具的，有从事DSP硬件平台开发的，有从事DSP应用软件开发的。这些公司基本上是80年代末，90年代初才创建的，开始时往往只有几个人，经过5年、10年现在均发展到具有相当规模。如D2 Technologies、DSP Research、DSP Tools、Dialogic、GD DSP、HotHaus、Micro LAB Systems、PenTek、Seed、Spectrum Digital
、Spectrum Signal Processing、White Mountain DSP等公司，在DSP开发工具、应用软件、DSP平台方面都很有成就。

　　相对国外DSP的应用开发和第三方公司的情况，我国国内差距相当大，知道使用DSP的单位不多，这些单位中大多数还在使用’C25，’C5X。DSP工具开发已经起步，但也只有闻亭和合众达两家，而专门从事DSP硬件平台和应用软件开发的单位和公司还没有，“第三方”在中国基本上是空白。

　　上海交通大学在1997年初与TI公司联合成立了DSP技术中心，除在本科生和研究生
中进行新一代DSP的教学外，还尽一切努力开展DSP的应用研究，研究的目标完全放在新产品的开发方面。我们（指上海交大，以下皆同）组成了一支包括教师、研究生在内的三十余人的DSP应用R&D队伍，配备有TI公司提供的最新DSP开发工具和齐全的资料，并获得上海市科委的支持，设立了上海数字技术中心。目前我们已经和正在进行研究和开发的项目主要分成以下三类：

　　1. 语音编码及其相关产品在所有的通信系统中，语音通信仍然是最基本的通信
方式，也是应用最普遍的。ITU制订了许多语音压缩标准，我们已经做出来的有用’C54
2实现的G.728、G.723、GSM06.10，正在进行的有G.722、G.726、G.729、FS1016等。

　　在此基础上正在研制多通道电话记录仪。用自制的’C542电话压缩卡，将一张电
话卡的数码率从64kbps降到13kbps，语音质量MOS（平均判分）为3.7，而国内使用最普遍的语音卡采用ADPCM算法，32kbps时才有相同的音质，号称能用到16kbps，但音质仅
为2分。我们每张卡可同时压缩8路电话，一台PC机可插4张卡，同时压缩32路电话。另一个正在开发的是数字电话扩容系统（DCME），采用’C6201DSP和ITU-G.728语音压缩算法、将E1的每路64kbps电话压缩到16kbps，压缩4倍，这样可将30路的E1扩容至120路的E2系统。

　　2. Hi-Fi音频压缩及相关产品最近几年VCD、DVD、MD、DAB、DVB等数字音视频产品万紫千红，在这些数字化新家电中，DSP最起作用的地方是Hi-Fi的音频处理，我们已对MPEG音频Layer2、Layer3、MPEG-2 AAC、Dolby AC-3等用C语言仿真研究，在此基础上用’C549实现了MP3解码器的初样。正在用’C6201和’C6701分别实现MP3编码器和MPEG-2 AAC编解码器。MPEG-2 AAC重建的音质超过MP3和AC-3将成为21世纪直播卫星、地面DAB和SW、MW、AM广播数字化的首选标准。

　　3. 图象压缩及相关产品完成用’C542实现的脱机的便携式彩色静止图像传输系统，分辨率有576×480、352×288（CIF）、176×144（QCIF）等可选择，发送端图像压缩终端如一般的Modem大小，可通过Modem在PSTN（公共交换电话网）上拨号传输图像，也可通过无线Modem在CDPD分组无线数据网中传输，适用于远程监控、彩色文件传送。在此基础上正在开发用’C6201 DSP的符合H.263标准的可视电话。

　　我们对DSP的应用前景充满希望和信心，也盼望有更多的高校、科研机构、公司开展DSP的应用研究，藉此开发最新的数字化电子产品，为振兴我国电子工业作出贡献。
原载：

DSP主宰下一浪数字热潮
　　由于数字信号处理器DSP可以高速处理极为大量的数字化数据，在各种电子机日益数字化的今天，DSP将要继续高速增长，其应用仍将扩大。根据新的需求发展，DSP将要向低价格、高性能、专用化和扩充有快闪ROM功能方向发展。

　　在新闻界一片赞扬数字化声中，世界电子产品市场又开始热闹起来。形形色色的数字化电子机器产品，繁花似锦，诸如，数字化电视机、数字化移动电话、数字化无绳电话、数字化照像机和数字化摄像记录一体型VTR等，不胜列举。数字化电子机器日益增多，意味着迈向多媒体信息化社会的步伐加快。实现多媒体信息化已不是梦想，而是一步一步地向人们走来。对于多媒体信息化社会，需要以先进的技术手段去传送、处理和显示极为庞大而复杂的数据。固然模拟式的电子机器实现数字化可以提高性能和质量，而另一方也需要装备大量的高速数字集成电路IC。特别是模拟式的图形、图像信息转换成数字化的代码信息，尽管采用现代数字压缩技术，仍然是存在相当可观的信息量。例如，一部72分钟的电影胶片，采用MPEGⅡ技术压缩后的数字化代码图像信息。仍需要高达3GB的磁盘才能容纳下全球信息。

　　现代数字信号处理器是执行高速数字信号处理的IC电路、它恰好适应多媒体信息化社会需求，迅速发展壮大。如今，世界电子器件市上，各种各样的DSP器件已相当丰富，详见照片1所示。大大小小封装形式的DSP器件，已广泛应用于各种产品的生产领域，如照片2所示，而且DSP的应用领域仍在不断地扩大，发展迅速异常。

　　一、数字化移动电话

　　数字化移动电话尽管花样繁杂，但基本上可划为两大类：高速移动电话和低速移动电话。其中，高速移动电话顾名思义是在高速移动体里使用的电话，诸如可在飞机、
轮船和汽车等里自由通话的电话。虽然数字化高速移动通过标准很多，但当今普遍应用的是欧洲GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）标准。自从推出数字化蜂窝式电话机以来，现已遍布全球70多个国家广泛应用。俗称GSM标准的数字化蜂窝电话，叫作数字化大哥大，它具备国际漫游（Roaming）功能，SIMC（SubscriberIdentificat
ionModuleCard）给用户带来使用大哥大的方便。现正在扩展数据通信服务能力以及它与ISDN系统兼容性，例如，英国BT公司的Cellnet部已经利用GSM提供数字化数据和传
真服务，于是东芝笔记本电脑也安上了数字化的大哥大。

　　所谓低速移动电话，当然在高速移动体里完全不能应用，然而在步行速度下却很好用，价格远比数字化大哥大便宜，因此称为穷人的大哥大。低速移动电话就其实质而
论。它是数字化无绳电话，仍然保持模拟式无绳电话的子母式结构：子机亦称为手机，可以距母机为百米左右半径内的空间里自由步行移动情况下实现通过话；母机也称为
基地站，可作为家庭里的留守电话，也可悬挂在商店的墙壁上，街道的电线柱上，广为分布。由统一的交换设施进行管理，实现无缝交递（SeamlessHandOn）功能。这类低
速移动电话式标准很多。例如，欧洲较为普遍应用的DECI（DigitalEuropeanCordlessTelecommunictaion），日本、南韩东南亚应用的PHS（PersonalHandy－phoneSystem）以及Philips和我国联合开发的DCCT（DigitalChinaCordlessTelephone）。其中，尤以PHS和DECT制式低速移动电话发展较快，我国的DCCT由于缺乏关键性的DSP技术仍处于设计阶段。

　　数字化移动电话（包括高速和低速）的每个手机，都要用至少1个DSP器，因此，高速发展的数字化移动电话急需极为大量的DSP器件，请参阅照片3。

　　二、数据调制解调器

　　从所周知，数字信号处理器的传统应用领域之一，就是调制解调器。如今，调制解调器作为联系通信与多媒体信息处理系统的纽带，日益受到重视。特别是近年来Inte
rnet热潮，方兴未艾，普通百姓在Internet上冲浪蔚然成风。利用PC机通过调制解调器经由电话线路，实现拨号连接Internet已是最简便的访问形式。由于Internet用户急剧增加，一度致使28．8Kbps的调制解调器成为市场上的脱销产品。特别是由PC机上利用浏

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