DSP技术的应用及发展趋势

回顾国际上电子工业最近30年来发展的历程，我们不难看到：70年代的电子工业以消费电子为主，主要代表厂商是日本的Sony、JVC、荷兰Philips等家电厂商。80年代是计算机时代，主要代表厂商是美国的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，主要获胜的战略之一是以DSP为核心的技术及其创新产品。中国是发展中的大国，应用方面中国一直保持着与国际上DSP技术同步的态势，其中飓风数字系统（北京）有限公司等几个龙头企业一直伴随着中国社会数字化、信息化的进展而成长。 　　从70年代DSP的理论和算法基础的提出，经过20多年的发展，DSP产品的应用已扩大到人们的学习、工作和生活的各个方面，并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。在计算机技术日新月异的时代，嵌入式系统软件、硬件不断进行着新的突破性发展。如今DSP技术和DSP应用已经成为当今嵌入式系统应用领域中最热门的技术，是高校、科研院所和高新技术企业的DSP软件、硬件开发人员的新的课题。可以说，对DSP爆炸性需求的时代已经来临。 　　目前市场上的主要DSP生产商包括TI，ADI，Motorola，Lucent和Zilog等，其中TI占有最大市场份额。产品包括了从低端的低速度DSP到高端的大运算量的DSP产品。目前，广泛使用的TI DSP有三个系列：C2000、C5000、C6000(C3X也有使用)，其它型号都基本淘汰。需要提醒注意的是：在TI的DSP中，同一系列中不同型号的DSP都具有相同的DSP核，相同或兼容的汇编指令系统，其差别仅在于片内存储器的大小，外设资源(如定时器、串口、并口等)的多少；不同系列DSP的汇编指令系统不兼容，但汇编语言的语法非常相似。除了汇编语言外，TI还为每个系列都提供了优化的C/C  编译器，方便用户使用高级语言进行开发，效率可以达到手工汇编的90%甚至更高。 　　DSP应用广泛，其主要应用市场为3C(Communication、Computer、Consumer-通信、计算机、消费类)领域，合占整个市场需求的90%。目前，在VoIP、 Internet Audio 、DSL、 Cable Modem 、3G、数字相机和马达控制等需要实时处理大量数据应用中都可见到DSP的身影。 主要有以下几个领域： 典型应用一：电机控制 　　据统计，各类电动机消耗了全球总电能的40%以上，然而目前正在使用的那些电机中只有不到20%配备了基于逆变技术的数字控制装置。新技术的发展给电机控制行业带来了新的发展机遇，尤其是专用集成电路、DSP数字信号处理和FPGA近年来令人瞩目的发展，给电机控制系统带来新的契机。总之，电机控制是各种自动化技术的基本环节，它的发展是与微电子技术、电力电子技术和自控技术密切相关的。 　　TI公司为实现高速控制应用设计了TMS320LF2407系列DSP处理器， CY-MCS2407型全数字电机控制开发板已广泛应用于大功率电机控制、小功率马达控制、电池检测、UPS、燃料电池等产品中。其中电机控制的方案适用于：直流无刷电机控制、交流感应电机控制、永磁同步电机控制、开关磁组电机控制，可实现开环、半闭环和闭环控制，同时可以将电机运行的状态和参数通过LCD现场显示，并可直接通过打印机打印。 系统功能框图如下：

系统包括以下几部分： 一、硬件组成： 1、高速DSP控制板 包括DSP、电源、时钟、复位和存储器部分、键盘和显示模块、打印机控制模块、串口通信模块和与功率驱动板的标准接口。 2、 功率驱动板 包括系统电源管理部分、整流滤波模块、逆变驱动部分和反馈电路部分。 二、 软件和算法 　　该系统不仅提供了完整的各模块的测试程序源代码，而且还可根据用户的不同需求定制以下专用算法，有Random PWM、无传感器控制算法、变速控制算法、PFC控制算法、DC纹波补偿算法、空间矢量控制算法、自适应控制算法等 DSP核心处理板 功率驱动板 电机控制套件　　　　　　　 典型应用二：通信电源 　　通信业的迅速发展极大地推动了通信电源的发展，开关电源在通信系统中处于核心地位，并已成为现代通信供电系统的主流。在通信领域中，通常将高频整流器称为一次电源，而将直流-直流(DC/DC)变换器称为二次电源。随着大规模集成电路的发展，要求电源模块实现小型化，因而需要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构，这就对高频开关电源技术提出了更高的要求。 　　TMS320LF2407A为高性能的控制提供先进、可靠、高效的信号处理与控制的平台，它将数字信号处理的运算能力与面向高性能控制的能力集于一体，可以实现用软件取代模拟器件，可方便地修改控制策略，修正控制参数，兼具故障监测、自诊断和上位机管理与通信等功能，将成为控制系统开发的主流处理器 ，被广泛用语通信电源。TMS320LF2407A被广泛用于数字化控制中，系统主要由DSP（TMS320LF2407A）、电压电流反馈、PWM驱动放大电路、键盘显示及上位机组成。当DSP接受主机发出的参考输入后，将其转换为PWM输出，经过驱动放大送给逆变主电路，产生输出。逆变电路输出的电压、电流反馈信号送入A/D转换器引脚。通过光电编码器检测电机的转动方向及转角，反馈回DSP的正交编码脉冲电路（QEP），形成闭环控制，实时有效地控制交流电机。键盘和显示由SPI同步串行口实现，用于读取键盘输入和写输出到显示器。DSP与上位机之间的通信由SCI异步串行口实现。JTAG接口用于系统的在线仿真和测试。 系统功能框图:

一、硬件设计 　　以DSP为核心的伺服系统硬件，整个系统的控制电路由DSP组成。DSP作为控制核心，接受外部信息后判断伺服系统的工作模式，并转换成逆变器的开关信号输出，该信号经隔离电路后直接驱动IPM模块给电机供电。另外EEPROM用于参数的保存和用户信息的存储。 二、软件设计 　　DSP伺服控制程序由3个部分组成：主程序、定时采样程序和DSP与周边资源的数据交换程序。 典型应用三：图像处理 　　美国TI公司2002年推出TMS320C64x系列DSP，基于该处理器北京飓风中天科技发展有限公司（TI公司的第三方）推出了具有超高速、高性能、高可靠性的实时图象处理应用平台。 可广泛应用于雷达、实时图象处理、IP可视电话、图象监控、模式识别等领域。 系统功能框图：

一、 硬件 1、 高速DSP核心处理板 （1）DSP选用TI公司推出的全世界最快的DSP--TMS320C64xx，根据用户不同的应用可选择： TMS320C6416 /15 /14GLZ：工作频率可达到：750-、600-、500-MHz，运算速度可达到：4000、4800、5760MIPS （2）存储器资源： 片内： - 128K-Bit (16K-Byte) L1P 程序缓存 - 128K-Bit (16K-Byte) L1D 数据缓存 - 8M-Bit (1024K-Byte) L2 全局存储器 板上EMIFs扩展： - EMIFA（64-Bit）：256M-Bit/32M-Byte SDRAM - EMIFB（16-Bit）：256M-Bit/32M-Byte SDRAM - FLASH Memory扩展：16M-Bit/2M-Byte 或32M-Bit/4M-Byte可选 （3）64个独立的增强DMA通道 （4）一个主机通信接口（HPI）（总线宽度可由用户配置为32-/16-Bit），根据不同的项目需求用户可选择以下扩展板： - ARM嵌入式系统板（CY-ARM4510B）可扩展出10Base-T 或10/100Base-T以太网接口（可选）、IDE硬盘或CF卡（可选）、RS-232接口、RS-485接口、液晶显示、键盘等。 - PCI接口板（CY-PCI2.2）：32-Bit/33-MHz, 3.3-V PCI Master/Slave Interface Conforms to PCI Specification 2.2 （适用于6415、6416 DSP），四线串行的EEPROM。 （5）三个McBSP串口（多通道缓存串口） （6）三个32-Bit定时器 （7）一个RS-232接口 （8）三路模拟图象输入接口：支持NTSC/PAL/SECAM复合视频输入，具有卓越的三线自适应梳状滤波器能克服传统梳状滤波器的人工痕迹而保证全屏视频分辨率，其灵活的像素端口即支持数字视频输入又支持VIP、VMI、ByteStream这些流行图像控制器接口。 2、ARM嵌入式系统扩展板（CY-ARM4510B） 硬件资源： - 8M-Byte SDRAM - 16M-Byte Flash memory - 10Base-T 或10/100Base-T以太网接口（可选） - IDE硬盘或CF卡（可选） - RS-232接口 - RS-485接口 -可扩展液晶显示、键盘等 3、 PCI接口板（CY-PCI2.2） - PCI接口：32-Bit/33-MHz, 3.3-V PCI Master/Slave Interface Conforms to PCI Specification 2.2 （适用于6415、6416 DSP） -四线串行的EEPROM -根据用户需求可选择CPCI接口卡 二、 硬件测试软件、操作系统和算法 1、 硬件测试软件： 测试软件包括：SDRAM、Flash memory、RTC、IIC、等板上所有资源的测试程序源代码。 2、操作系统和接口驱动程序： -操作系统：uCLinxu 2.4 （提供源代码） -提供板上各种接口的驱动程序（提供源代码） -提供与DSP通信的驱动程序 3、 DSP BIOS和API接口： 板上提供了针对DSP芯片的函数库、板上各种资源的基本输入输出操作系统（BIOS）和专用于图象处理的应用程序接口（API），以及方便用户做二此开发的软件开发包（SDK）。 4、 应用算法： - JPEG - MPEG2 - MPEG4 - H.263 - H.264 典型应用四：语音信号处理 系统功能框图如下:

具体的资源包括以下内容: 1、 DSP：兼容TI公司TMS320C54XX系列和TMS320C54XX（A）系列，包括5402、5409、5416、5402A、5409A、5410A等。DSP可以工作在最高160MHz。 2、 扩展程序存储器：256K-16bit SRAM，配置在片外，全速(零等待)运行。 3、