论文部分内容阅读
[摘 要]数据采集与处理一直是生产实践研究与应用领域的一个热点和难点。伴随着高性能微处理器的采用和用户技术要求的不断提高，国内外对数据采集系统的研究与应用也在不断发展。目前，以数字信号处理器作为数据采集系统的 CPU 的研究与应用也逐渐引起业内重视。
[关键词]DSP数据采集系统；概述；特点；设计
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0198-01
一、概述
DSP（数字信号处理）技术是基于可编程超大规模集成电路和计算机技术发展起来的一门重要技术。随着半导体制造工艺的发展，DSPs芯片的功能越来越强大，使人们的研究重点从过去更多的考虑硬件可实现性逐步转移到软件设计技术上来。数字信号处理器（DSP）的出现和广泛使用，很好地满足了数据采集系统对于核心处理器的要求。无论从实时处理外部事件（中断，I/O）的能力，还是对于数据运算的速度和精度来看，数字信号处理器都有非常大的优势。从内部结构上看，与传统的冯-偌依曼结构不同，数字信号处理器采用了程序存储器与数据存储器分开的哈佛结构与多总线的CPU结构；而且数字信号处理器在在指令上实现多级流水操作，并采用特殊的数据运算指令快速实现了乘法累加等常用的数字信号处理运算操作；DSP的运行速度比传统的单片机更快，而且运算精度也很高，所有这些，都大大提高了数字信号处理器的运算与处理能力，使得它兼有事务密集型处理器和运算密集型处理器的特点。DSP自从上世纪70年代问世以来，在通信、控制、图像处理、语音处理等领域得到了极其广泛的应用。
二、DSP的特点
数字信号处理器（DSP一Digital Signal Proeessor）是数字信号处理理论与超大规模集成电路（VLSI）技术融合的结晶。目前，DSP技术已经广泛地应用于仪器仪表、通信、图像处理、频谱分析、电机控制等领域，在推进信息处理数字化方面发挥着越来越大的作用。现代DSP芯片作为可编程超大规模集成（VLSI）器件，通过可下载的软件或固件来实现数字信号处理功能。DSP芯片除具有普通微处理器的高速运算和控制功能外，还针对高数据传输速率，数值运算密集的实时数字信号处理，在处理器结构、指令系统、和指令流程设计上做了较大改动。其结构特点有：
①DSP芯片普遍采用改进的哈佛结构，即数据总线和程序总线相互分离，这使得处理指令和数据可以同时进行，提高了处理效率。②DSP芯片大多采用流水线技术，即每条指令的执行划分为取指、译码、取数等若干步骤，由片内多个功能单元分别完成。这相当于多条指令并行执行，从而大大提高了运行速度。③片内有多条总线可以同时进行取指和取操作数动作，并且有辅助寄存器自动增减地址协助寻址。④配有独立的乘法器、加法器和特殊指令，适用于需要大量乘累加器操作的矩阵运算、滤波、FFT、viterbi译码和相关的专用信号处理运算。⑤大多数DSP芯片一般都带有DMA控制器，外部存储器，外部存储器扩展接口，串行通信，配合片内多总线结构，可以实现大吞吐量数据传送。⑥DSP芯片一般配有中断处理器、定时器，片内存储器和锁相环（PLL）等片内集成外设，可以方便的实现一个嵌入式自封闭控制的处理系统。⑦省电管理和低功耗。适于便携式数字终端设备。
三、DSP软件设计流程
本文中进行DSP软件开发工具为CCS2.20版。在利用CCS进行软件设计之前，一般首先要对CCS进行设置，选择相应的对应平台加载到系统中。在CCS中，程序是以项目的形式进行管理，一个项目包含以下信息：源程序文件名和目标文件名；编译器、汇编器和连接器选项；包含文件的依赖关系。程序的管理在项目视图窗口进行，所有的项目的相关操作都可以在该窗口完成，如图1所示。
由图1还可以得知，一个最小的C应用程序项目中至少包含三个文件： ①主程序main.c这个文件必须包含一个函数作为C程序的入口点。②连接命令文件.cmd这个文件包含了DSP 和目标板的存储器空间的定义以及代码段、数据段是如何分配到这些存储器空间的。该文件由用户自己编辑产生。③C运行库文件rts6713.lib C运行库提供了诸如等标准C函数，还提供了C环境下的初始化函数。
使用CCS进行DSP程序设计的流程一般包括四个阶段。如图2所示首先进行概念设计，构想DSP程序的整个设计思路，接着编写代码，可以使用汇编语言或者C语言，接着进行编译、调试工作，最后对可以正常运行的程序进行实时性分析。图2表示了DSP软件设计的流程：
一般来说，DSP的软件开发大体有三种方式：第一种是直接编写汇编语言程序进行编译连接；第二種是编写C语言程序，用C语言优化软件进行编译连接；第三种是混合编程模式，程序中既有汇编代码，又含有C语言代码。使用汇编语言开发程序的设计人员必须熟悉DSP芯片的内部结构。相比C语言，汇编语言开发程序要繁琐的多，但是汇编程序执行起来更加高效。所以对于耗时较大的算法或在实时性要求较高的场合最好用汇编语言开发程序，而在DSP应用较为复杂而实时性要求较低的场合可以用C语言进行开发。这样，既满足了系统的实时性要求，又加快了程序开发的进度。最灵活的方法还是采用混合编程模式开发DSP的用户程序。
数字信号处理器（DSP）的出现和广泛使用，很好地满足了数据采集系统对于核心处理器的要求。无论从实时处理外部事件（中断，I/O）的能力，还是对于数据运算的速度和精度来看，数字信号处理器都有非常大的优势。
参考文献
[1]汪安民.TMS320C54xxDSP实用技术.北京：清华大学出版社，2005
[2]周林，殷侠.数据采集与分析技术.西安：西安电子科技大学出版社，2005
[3]唐林波，赵保军，韩月秋.超高速数据采集与处理系统的设计及应用.系统工程与电子技术，2005，7：1203～1205
[4]李世平，韦增亮，戴凡.PC计算机测控技术及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2003
[关键词]DSP数据采集系统；概述；特点；设计
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）32-0198-01
一、概述
DSP（数字信号处理）技术是基于可编程超大规模集成电路和计算机技术发展起来的一门重要技术。随着半导体制造工艺的发展，DSPs芯片的功能越来越强大，使人们的研究重点从过去更多的考虑硬件可实现性逐步转移到软件设计技术上来。数字信号处理器（DSP）的出现和广泛使用，很好地满足了数据采集系统对于核心处理器的要求。无论从实时处理外部事件（中断，I/O）的能力，还是对于数据运算的速度和精度来看，数字信号处理器都有非常大的优势。从内部结构上看，与传统的冯-偌依曼结构不同，数字信号处理器采用了程序存储器与数据存储器分开的哈佛结构与多总线的CPU结构；而且数字信号处理器在在指令上实现多级流水操作，并采用特殊的数据运算指令快速实现了乘法累加等常用的数字信号处理运算操作；DSP的运行速度比传统的单片机更快，而且运算精度也很高，所有这些，都大大提高了数字信号处理器的运算与处理能力，使得它兼有事务密集型处理器和运算密集型处理器的特点。DSP自从上世纪70年代问世以来，在通信、控制、图像处理、语音处理等领域得到了极其广泛的应用。
二、DSP的特点
数字信号处理器（DSP一Digital Signal Proeessor）是数字信号处理理论与超大规模集成电路（VLSI）技术融合的结晶。目前，DSP技术已经广泛地应用于仪器仪表、通信、图像处理、频谱分析、电机控制等领域，在推进信息处理数字化方面发挥着越来越大的作用。现代DSP芯片作为可编程超大规模集成（VLSI）器件，通过可下载的软件或固件来实现数字信号处理功能。DSP芯片除具有普通微处理器的高速运算和控制功能外，还针对高数据传输速率，数值运算密集的实时数字信号处理，在处理器结构、指令系统、和指令流程设计上做了较大改动。其结构特点有：
①DSP芯片普遍采用改进的哈佛结构，即数据总线和程序总线相互分离，这使得处理指令和数据可以同时进行，提高了处理效率。②DSP芯片大多采用流水线技术，即每条指令的执行划分为取指、译码、取数等若干步骤，由片内多个功能单元分别完成。这相当于多条指令并行执行，从而大大提高了运行速度。③片内有多条总线可以同时进行取指和取操作数动作，并且有辅助寄存器自动增减地址协助寻址。④配有独立的乘法器、加法器和特殊指令，适用于需要大量乘累加器操作的矩阵运算、滤波、FFT、viterbi译码和相关的专用信号处理运算。⑤大多数DSP芯片一般都带有DMA控制器，外部存储器，外部存储器扩展接口，串行通信，配合片内多总线结构，可以实现大吞吐量数据传送。⑥DSP芯片一般配有中断处理器、定时器，片内存储器和锁相环（PLL）等片内集成外设，可以方便的实现一个嵌入式自封闭控制的处理系统。⑦省电管理和低功耗。适于便携式数字终端设备。
三、DSP软件设计流程
本文中进行DSP软件开发工具为CCS2.20版。在利用CCS进行软件设计之前，一般首先要对CCS进行设置，选择相应的对应平台加载到系统中。在CCS中，程序是以项目的形式进行管理，一个项目包含以下信息：源程序文件名和目标文件名；编译器、汇编器和连接器选项；包含文件的依赖关系。程序的管理在项目视图窗口进行，所有的项目的相关操作都可以在该窗口完成，如图1所示。
由图1还可以得知，一个最小的C应用程序项目中至少包含三个文件： ①主程序main.c这个文件必须包含一个函数作为C程序的入口点。②连接命令文件.cmd这个文件包含了DSP 和目标板的存储器空间的定义以及代码段、数据段是如何分配到这些存储器空间的。该文件由用户自己编辑产生。③C运行库文件rts6713.lib C运行库提供了诸如等标准C函数，还提供了C环境下的初始化函数。
使用CCS进行DSP程序设计的流程一般包括四个阶段。如图2所示首先进行概念设计，构想DSP程序的整个设计思路，接着编写代码，可以使用汇编语言或者C语言，接着进行编译、调试工作，最后对可以正常运行的程序进行实时性分析。图2表示了DSP软件设计的流程：
一般来说，DSP的软件开发大体有三种方式：第一种是直接编写汇编语言程序进行编译连接；第二種是编写C语言程序，用C语言优化软件进行编译连接；第三种是混合编程模式，程序中既有汇编代码，又含有C语言代码。使用汇编语言开发程序的设计人员必须熟悉DSP芯片的内部结构。相比C语言，汇编语言开发程序要繁琐的多，但是汇编程序执行起来更加高效。所以对于耗时较大的算法或在实时性要求较高的场合最好用汇编语言开发程序，而在DSP应用较为复杂而实时性要求较低的场合可以用C语言进行开发。这样，既满足了系统的实时性要求，又加快了程序开发的进度。最灵活的方法还是采用混合编程模式开发DSP的用户程序。
数字信号处理器（DSP）的出现和广泛使用，很好地满足了数据采集系统对于核心处理器的要求。无论从实时处理外部事件（中断，I/O）的能力，还是对于数据运算的速度和精度来看，数字信号处理器都有非常大的优势。
参考文献
[1]汪安民.TMS320C54xxDSP实用技术.北京：清华大学出版社，2005
[2]周林，殷侠.数据采集与分析技术.西安：西安电子科技大学出版社，2005
[3]唐林波，赵保军，韩月秋.超高速数据采集与处理系统的设计及应用.系统工程与电子技术，2005，7：1203～1205
[4]李世平，韦增亮，戴凡.PC计算机测控技术及应用.西安：西安电子科技大学出版社，2003