DSP学习报告

目录 摘要………………………………………………………………………………2 1. 单片机、DSP和ARM的区别…………………………………………………3 2. 分别详细介绍单片机、DSP和ARM的主要功能和应用……………………4 2.1 单片机…………………………………………………………………4 2.1.1 单片机的特点及应用域……………………………………5 2.2  DSP ……………………………………………………………………5 2.2.1 DSP的特点及优缺点……………………………………………5 2.2.2 DSP技术的应用………………………………………………6 2.2.3 DSP发展………………………………………………………6 2.3 ARM……………………………………………………………………7 2.3.1 ARM的特点及应用……………………………………………8 参考文献……………………………………………………………………………9 单片机、DSP、ARM的主要区别与应用 ——李伟波 摘要： 通过对单片机、DSP和ARM的原理和功能的简单对比了解这些自动控制中的核心部分之间的区别，以及各自在自动控制中的应用。做这个报告一方面可以强化对《DSP芯片的原理与开发应用》这一课程的理解和学习，另一方面，为以后的工作和学习打下基础。 关键词： 单片机、DSP、ARM、区别、应用 单片机、DSP、ARM的主要区别与应用 正文： 1、单片机、DSP和ARM的区别 单片机：适用于简单的测控系统，功能相对简单，价格较低 DSP：适合于数字信号处理，例如FFT、数字滤波算法、加密算法和复杂控制算法等。 ARM：具有强大的事务处理功能，可以配合嵌入式操作系统使用 ARM是通用处理器，和x86一样，可以在上面跑各种操作系统。DSP根据名字就知道他是干嘛的了，一般用来作为专门处理数字信号。单片机的工作ARM和dsp都能作，只是它便宜（而且有些单片机可靠性比arm和dsp都要强，比如工业控制用的单片机），主要当作简单的控制器来使用，比如工业中的温度控制等。 单片机的应用可以很广,不只是简单的测控系统,现在航空上的使用器件也有不少是"简单"的单片机控制的..即使说到8位的单片机, 目前大部分工控如果做的还可以的话,都够用了。其次,单片机和arm的区别在于它的单位时钟频率不同, 这2个都可以配合操作系统使用.. 能完成的功能和他外围的设计相关。再次,dsp和那2个有着直接的区别, dsp是典型的input,output设备,里面的逻辑写定以后不需要太多维护, 它才是做大数据,高精度,高复杂度运算的基本单元... 这种分类本身就有问题。ARM也融入了一些适用于信号处理（内积）的指令。DSP，为什么称之为DSP，它所服务的算法有哪些共性？别的处理器实现这些算法有何劣势？原因何在？……dsp现在用的大多是16位的，也有32位的，还有不定长的。也可以用arm的体系结构构建单片机系统。dsp和cpu一直在融合。n年前的dsp可能专注于做数字信号处理，那时候可能强调乘累加，快速存取等适应比如数字滤波器等应用，但是现在针对多媒体和通信等信号处理通用 算法会添加新的指令。  单片机一般没有FPU，arm大多也不支持，DSP有些系列的有，有些系列的没有，依据产品的定位而决定。另外他们的存储系统结构也不大一样。简单的说就是哈佛结构和冯.诺依曼结构的差别。但是也不是绝对的。单片机的空间划分由于其比较紧凑而精致。arm体系结构自身没有对这个作出定义。但是可以在编程时候通过一定的技巧来控制存储映射。DSP由于专用数字信号处理 ，应此在微体系结构实现时对于芯片内的存储带宽一般会大于ARM系统的。 arm是用来跑系统，做事务调度的；DSP看全称就知道是干什么的，很专业，而且在一定的平台上会有专门定制的编译器，指令也是专门针对某个系列的片子做的指令，编译起来效率非常高；单片机就是做简单的逻辑功能的片子，主要做一些简单的控制。也有一些DSP集成了传统DSP和ARM的功能的，如TI的达芬奇，既可以做信号处理而且也可以用自己内置的arm做控制，否则一般的信号处理都要一个DSP做专门的信号处理，旁边还要加一个ARM做控制，否则DSP做两个工作，一是不擅长，二是分资源。 单片机一般认为就是微控制器，侧重于控制，数据处理能力很弱。 早期的DSP是用来弥补单片机在数据处理方面的不足，最大特点之一是采用哈佛结构，指令和数据分开，有很强的数据处理能力。现在随着技术的发展，很多单片机里面也嵌入了DSP核，DSP里面也有了控制器核，所以单片机和DSP这个两个概念没有以前那么鲜明了。ARM是上面两个概念的一种实现，是获得了ARM公司授权的，使用ARM指令集的微控制器的统称，ARM有控制功能，也有一些型号嵌入了DSP的功能，也有采用哈佛架构的，和上面两个概念不在一个层面上。 举个不太恰当的例子： 单片机---CPU DSP---FPU（数字协处理器） ARM-- x86体系结构下所有CPU的总称 在386及其以前，FPU不是CPU的一部分，要运行一些大型的计算软件，如结构CAD之类的，要专门买一块FPU来插在主板上，到了486以后，FPU就已经是CPU的一部分了。 2、下面分别详细介绍单片机、DSP和ARM的主要功能和应用  单片机 单片机说白了就是一个微型的电脑：它内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可......用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机，排烟罩VCD等等的家电里面都可以看到它的身影！......它主要是作为控制部分的核心部件。 它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的，所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言。 单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行，所以汇编虽然原始却还是在大量使用。 目前最常用的单片机为MCS-51，是由美国INTEL公司生产的，89C51是这几年在我国非常流行的单片机，它是由美国ATMEL公司开发生产的，其内核兼容MCS-51单片机。 单片机广泛应用于仪器仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 1.在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 2.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 3.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭褒、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 4.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 5.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途 DSP 数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。它是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。DSP是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其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 pdf格式笔记格式下载页码格式下载公文格式下载简报格式下载 。它不仅具有可编程性，而且其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。 DSP微处理器（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微处理器（芯片）的其他通用功能相对较弱些。 DSP优点： 对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小；容易实现集成；VLSI可以分时复用，共享处理器；方便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号。 DSP缺点： 需要模数转换；受采样频率的限制，处理频率范围有限；数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。 但是其优点远远超过缺点。 DSP技术的应用 语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。 图像/图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。 军事；保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。 仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。 自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。 医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。 家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏等。 基于DSP的智能视频监控系统 近几年，DSP在智能视频监控系统方面的应用不断完善，正在逐渐取代传统的模拟非智能系统。 IP监控的创新技术之一是“智能摄像机”，它拥有强大的数字信号处理器，能探测威胁并触发自动响应。可见，DSP芯片是智能监控的核心。 基于DSP的语音实时变速系统 在外语多媒体教学中，要求对语速进行快慢控制，以适应不同程度学生的需求。语音变速系统应当具备调整语速的同时，还需要保证原说话者语调保持不变的特点。基于DSP（TMS320C5409）的语音实时变速系统能够任意调整语音语速，达到外语多媒体教学的需求。 DSP发展轨迹 DSP产业在约40年的历程中经历了三个阶段：第一阶段，DSP意味着数字信号处理，并作为一个新的理论体系广为流行；随着这个时代的成熟，DSP进入了发展的第二阶段，在这个阶段，DSP代表数字信号处理器，这些DSP器件使我们生活的许多方面都发生了巨大的变化；接下来又催生了第三阶段，这是一个赋能(enablement)的时期，我们将看到DSP理论和DSP架构都被嵌入到SoC类产品中。” 第一阶段，DSP意味着数字信号处理 。 80年代开始了第二个阶段，DSP从概念走向了产品，TMS32010所实现的出色性能和特性备受业界关注。 到90年代，多家公司跻身DSP领域与TI进行市场竞争。TI首家提供可定制 DSP——cDSP，cDSP 基于内核 DSP的设计可使DSP具有更高的系统集成度，大加速了产品的上市时间。同时，TI瞄准DSP电子市场上成长速度最快的领域。到90年代中期，这种可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等，其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。这时，DSP业务也一跃成为TI最大的业务，这个阶段DSP每MIPS的价格已降到10美分到1美元的范围。 21世纪DSP发展进入第三个阶段，市场竞争更加激烈，TI及时调整DSP发展战略全局规划，并以全面的产品规划和完善的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，加之全新的开发理念，深化产业化进程。成就这一进展的前提就是DSP每MIPS价格目标已设定为几个美分或更低。 DSP未来发展 １、数字信号处理器的内核结构进一步改善，多通道结构和单指令多重数据(SIMD)、特大指令字组(VLIM)将在新的高性能处理器中将占主导地位。 ２、DSP将与微处理器、高档CPU、SOC等其它处理芯片融合已达到更好的使用效果。 ARM ARM（Advanced RISC Machines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。 适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。 ARM 即Advanced RISC Machines的缩写,既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。 1985年4月26日，第一个ARM原型在英国剑桥的Acorn计算机有限公司诞生，由美国加州SanJoseVLSI技术公司制造。 20世纪80年代后期，ARM很快开发成Acorn的台式机产品，形成英国的计算机教育基础。 1990年成立了Advanced RISC Machines Limited(后来简称为ARM Limited，ARM公司)。20世纪90年代，ARM 32位嵌入式RISC(Reduced lnstruction Set Computer)处理器扩展到世界范围，占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。ARM公司既不生产芯片也不销售芯片，它只出售芯片技术授权。 目前，采用 ARM技术知识产权（ IP ）核的微处理器，即我们通常所说的 ARM 微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了 32 位 RISC 微处理器 75 ％以上的市场份额， ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。 世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的 ARM 微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用 ARM 公司的授权，因此既使得 ARM 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。 ARM处理器的特点： 1) 体积小、低功耗、低成本、高性能 2) 支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集 3) 大量使用寄存器，指令执行速度快 4) 大多数数据操作都在寄存器中完成 5) 寻址方式灵活简单，执行效率高 6) 指令长度固定    arm体系结构目前被公认为是业界领先的32位嵌入式RISC微处理器结构 ARM体系结构为满足ARM合作者以及设计领域的一般需求正稳步发展。 每一次ARM体系结构的重大修改，都会添加极为关键的技术。在体系结构作重大修改的期间，会添加新的性能作为体系结构的变体。 当前ARM体系结构的扩充包括： Thumb 16位指令集，为了改善代码密度； DSP DSP应用的算术运算指令集；Jazeller 允许直接执行Java字节码。 ARM处理器系列提供的解决方案有： 1.无线、消费类电子和图像应用的开放平台； 2.存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统； 3.智能卡和SIM卡的安全应用。 ARM架构包含了下述RISC特性： 读取／储存 架构不支援地址不对齐内存存取（ARMv6内核现已支援）正交指令集。大量的16 × 32-bit 寄存器阵列（register file）固定的32 bits 操作码（opcode）长度，降低编码数量所产生的耗费，减轻解码和流水线化的负担。　大部分指令可以条件式地执行，降低在分支时产生的负重，弥补分支预测器（branch predictor）的不足。　这大大的减低了在内存存取指令时用到的编码位，换句话说，它避免在对小型叙述如if做分支指令。 另一项指令集的特色是，能将位移（shift）和回转（rotate）等功能并成"资料处理"型的指令（算数、逻辑、和暂存器之间的搬移） ARM处理器还有一些在其他RISC的架构所不常见到的特色，例如PC-相对寻址以及 前递加或后递加的寻址模式。 另外一些注意事项是 ARM 处理器会随着时间，不断地增加它的指令集。 ARM7 和大多数较早的设计具备三阶段的流水线化（Pipeline）：提取指令、解码，并执行。较高效能的设计，如 ARM9，则有五阶段的流水线化。提高效能的额外方式，包含一颗较快的加法器，和更广的分支预测逻辑线路。 这个架构使用“协处理器”提供一种非侵入式的方法来延伸指令集，可透过软件下 MCR、MRC、MRRC和MCRR 等指令来对协处理器寻址。协处理器空间逻辑上通常分成16个协处理器，编号分别从 0 至 15 ，而第15号协处理器（CP15）是保留用作某些常用的控制功能，像是使用高速缓存和记忆管理单元运算（若包含于处理器时）。 在 ARM 架构的机器中，周边装置连接处理器的方式，通常透过将装置的实体暂存器对应到 ARM 的内存空间、协处理器空间，或是连接到另外依序接上处理器的装置（如总线）。协处理器的存取延迟较低，所以有些周边装置（例如 XScale 中断控制器）会设计成可透过不同方式存取（透过内存和协处理器）。 ARM的几个应用实例如下： 无线通信领域：手机、PDA 消费类电子产品：数字媒体播放器、游戏机 网络应用：语音及视频处理、数字机顶盒、VOIP 成像和安全产品：数码相机、打印机、SIM智能卡 工业控制与仪表 其他领域 参考文献 1. 张雄伟、曹铁勇、陈亮、杨吉斌.DSP芯片的原理与开发应用（第四版）.北京：电子工业出版社，2009 2. 何苏勤，王忠勇.TMS320C2000系列DSP原理及实用技术.北京：电子工业出版社，2003 3. 张雄伟、陈亮、徐光辉.DSP集成开发与应用实例.北京：电子工业出版社，2002 4. 吴国经等.单片机应用技术.中国电力出版社 5. 许游龙等.单片机原理及应用.机械工业出版社，2005.1 6. 李佳.ARM系列处理器应用技术完全手册.北京：人民邮电出版社，2006 7. 吴明晖.基于ARM的嵌入式系统开发与应用.北京：人民邮电出版社，2004