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[摘要]随着电子科学技术的飞速发展,面对运算量巨大的科学计算, DSP技术的出现和发展彻底的变革了人们的工作、学习和生活方式。DSP（Digital Signal Processing）是数字信号处理技术的缩写，也可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor）。DSP目前已经处于数字信息产品核心引擎的地位，面对中外巨大的市场空间，我们应该努力去挖掘DSP技术的应用和发展。它将是未来集成电路中发展速度最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定性因素。将对DSP的结构特点、发展前景及DSP技术的应用进行分析。
[关键词]DSP 数字信号处理器
中图分类号：TN-9 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0720028－01
一、数字信号处理器的产生及发展
DSP的概念最早出现在上个世纪60年代，直到70年代，提出了DSP的理论和算法基础。而当时DSP仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的DSP系统也是由分立组件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。到了80年代中期，第二代DSP芯片伴随着CMOS技术的发展应运而生，它在存储容量和运算速度上都得到了成倍的提高。80年代后期，第三代发明的DSP芯片运算速度得到了进一步提高，其应用于范围逐步扩大到通信和计算机领域。90年代后DSP技术迅猛发展，大约每2-3年就更换一代产品。新型集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域被广泛应用，如今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，将我们带入数字化生活时代。
二、数字信号处理器的结构特点
（一）哈佛结构。在20世纪30年代中期，德国科学家冯.诺依曼发明了新的计算机结构,并命名冯·诺伊曼结构(图1) ，我们PC 机的CPU就是基于冯诺伊曼的体系结构。
但是，当程序指令与数据共用一个存储空间和单一的地址及数据总线的这一结构在面对高速实时处理时,就会造成总线拥挤，哈佛大学将其加以改进后研制的MARK2I计算机采用了与冯.诺伊曼完全不同的另一种计算机结构(图2),称为“哈佛结构”这种结构由于采用了完全隔离的程序和数据存储器以及双独立总线,大大的提高了运算处理速度。
与冯.诺曼结构处理器比较，哈佛结构处理器有两个明显的特点：
（1）使用两個独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；
（2）使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。
后来，又提出了改进的哈佛结构，如图3所示。
其结构特点为：
（1）使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存，以便实现并行处理；
（2）具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线，利用公用地址总线访问两个存储模块（程序存储模块和数据存储模块），公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输；
（3）两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。
（二）流水线操作
与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线操作以减少指令执行时间，流水作业，使取指令、译码和执行等操作可以重叠执行，指令可以在单个机器周期内完成，从而极大的提到了运算速度。
（三）采用独立的硬件乘法器。采用独立的硬件乘法器，指令总线和数据总线分开控制，乘法指令在单周期内完成，优化卷积、数字滤波、快速傅里叶变换、离散余弦变换、矩阵运算等算法中的大量重复算法。
（四）快速的指令周期。哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令，可使DSP芯片的指令周期在200ns 以下。快速的指令周期使得DSP芯片能够实时实现许多DSP应用。可以预见，随着微电子技术的发展，工作频率还将继续提高，指令周期将进一步缩短。
（五）良好的多机并行运行特性。随着数字信号处理器DSP芯片的广泛使用和DSP芯片价格的不断降低，多个DSP芯片的并行处理已经成为近年来的研究热点，通过并行、串行和外存储器等接口使多个芯片可以很方便的并行或串行工作以提高处理速度。
三、DSP芯片的应用
自从DSP诞生以来，DSP得到了飞速的发展。这一方面得益于集成电路的发展，另一方面也得益于巨大的市场。在短短的十多年时间，DSP芯片已经在信号处理、通信、雷达等许多领域得到广泛的应用。DSP芯片的应用主要有：信号处理、通信、语音、图像/图形、军事、仪器仪表、自动控制、医疗以及家用电器。
四、DSP的发展趋势
DSP正不断满足人们日益提高的要求，逐渐朝向个人化和低功耗化方向发展，它的发展的前景是非常可观的。
系统级集成DSP是潮流，将几个DSP芯核，MPU芯核，专用处理单元，外围电路单元，存储单元都集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路；可编程DSP是主导产品；DSP的内核结构加强改善；定点DSP是主流，定点运算的可编程DSP器件仍是市场上的主流产品；追求更高的运算速度还有进一步降低功耗和芯片尺寸；与可编程器件结合，可在基站中用来实现高速处理功能，适应无线通信和多媒体等领域多功能的需要。
五、DSP面临的问题以及挑战
日臻成熟的DSP目前有许多需要改进的地方，同时也面临着挑战。由于新的应用程序发展速度惊人，提供的DSP必须在功率、性能和使用寿命上跟上这种速度，应对当前面临的挑战，并准备好应对未来的应用。DSP的发展面临的挑战也体现在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。各个制造商必须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。DSP在各个领域日益增长的应用带动了DSP自身的发展，DSP在其它领域的潜力也是巨大的，在以后的发展中会以更加优良的性能出现在各个领域中。
参考文献：
[1]《Programmable DSP Architectures:Part 1》Edward A.Lee IEEE ASSP Magazine Volume 5 Number 4 [ISSN 0740-7467]10/1988.
[2]张雄伟、陈亮、徐光辉编著，ＤＳＰ芯片的原理与开发应用．北京：电子工业出版社，2003．
[关键词]DSP 数字信号处理器
中图分类号：TN-9 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)0720028－01
一、数字信号处理器的产生及发展
DSP的概念最早出现在上个世纪60年代，直到70年代，提出了DSP的理论和算法基础。而当时DSP仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的DSP系统也是由分立组件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。到了80年代中期，第二代DSP芯片伴随着CMOS技术的发展应运而生，它在存储容量和运算速度上都得到了成倍的提高。80年代后期，第三代发明的DSP芯片运算速度得到了进一步提高，其应用于范围逐步扩大到通信和计算机领域。90年代后DSP技术迅猛发展，大约每2-3年就更换一代产品。新型集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域被广泛应用，如今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，将我们带入数字化生活时代。
二、数字信号处理器的结构特点
（一）哈佛结构。在20世纪30年代中期，德国科学家冯.诺依曼发明了新的计算机结构,并命名冯·诺伊曼结构(图1) ，我们PC 机的CPU就是基于冯诺伊曼的体系结构。
但是，当程序指令与数据共用一个存储空间和单一的地址及数据总线的这一结构在面对高速实时处理时,就会造成总线拥挤，哈佛大学将其加以改进后研制的MARK2I计算机采用了与冯.诺伊曼完全不同的另一种计算机结构(图2),称为“哈佛结构”这种结构由于采用了完全隔离的程序和数据存储器以及双独立总线,大大的提高了运算处理速度。
与冯.诺曼结构处理器比较，哈佛结构处理器有两个明显的特点：
（1）使用两個独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存；
（2）使用独立的两条总线，分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径，而这两条总线之间毫无关联。
后来，又提出了改进的哈佛结构，如图3所示。
其结构特点为：
（1）使用两个独立的存储器模块，分别存储指令和数据，每个存储模块都不允许指令和数据并存，以便实现并行处理；
（2）具有一条独立的地址总线和一条独立的数据总线，利用公用地址总线访问两个存储模块（程序存储模块和数据存储模块），公用数据总线则被用来完成程序存储模块或数据存储模块与CPU之间的数据传输；
（3）两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用。
（二）流水线操作
与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线操作以减少指令执行时间，流水作业，使取指令、译码和执行等操作可以重叠执行，指令可以在单个机器周期内完成，从而极大的提到了运算速度。
（三）采用独立的硬件乘法器。采用独立的硬件乘法器，指令总线和数据总线分开控制，乘法指令在单周期内完成，优化卷积、数字滤波、快速傅里叶变换、离散余弦变换、矩阵运算等算法中的大量重复算法。
（四）快速的指令周期。哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令，可使DSP芯片的指令周期在200ns 以下。快速的指令周期使得DSP芯片能够实时实现许多DSP应用。可以预见，随着微电子技术的发展，工作频率还将继续提高，指令周期将进一步缩短。
（五）良好的多机并行运行特性。随着数字信号处理器DSP芯片的广泛使用和DSP芯片价格的不断降低，多个DSP芯片的并行处理已经成为近年来的研究热点，通过并行、串行和外存储器等接口使多个芯片可以很方便的并行或串行工作以提高处理速度。
三、DSP芯片的应用
自从DSP诞生以来，DSP得到了飞速的发展。这一方面得益于集成电路的发展，另一方面也得益于巨大的市场。在短短的十多年时间，DSP芯片已经在信号处理、通信、雷达等许多领域得到广泛的应用。DSP芯片的应用主要有：信号处理、通信、语音、图像/图形、军事、仪器仪表、自动控制、医疗以及家用电器。
四、DSP的发展趋势
DSP正不断满足人们日益提高的要求，逐渐朝向个人化和低功耗化方向发展，它的发展的前景是非常可观的。
系统级集成DSP是潮流，将几个DSP芯核，MPU芯核，专用处理单元，外围电路单元，存储单元都集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路；可编程DSP是主导产品；DSP的内核结构加强改善；定点DSP是主流，定点运算的可编程DSP器件仍是市场上的主流产品；追求更高的运算速度还有进一步降低功耗和芯片尺寸；与可编程器件结合，可在基站中用来实现高速处理功能，适应无线通信和多媒体等领域多功能的需要。
五、DSP面临的问题以及挑战
日臻成熟的DSP目前有许多需要改进的地方，同时也面临着挑战。由于新的应用程序发展速度惊人，提供的DSP必须在功率、性能和使用寿命上跟上这种速度，应对当前面临的挑战，并准备好应对未来的应用。DSP的发展面临的挑战也体现在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。各个制造商必须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。DSP在各个领域日益增长的应用带动了DSP自身的发展，DSP在其它领域的潜力也是巨大的，在以后的发展中会以更加优良的性能出现在各个领域中。
参考文献：
[1]《Programmable DSP Architectures:Part 1》Edward A.Lee IEEE ASSP Magazine Volume 5 Number 4 [ISSN 0740-7467]10/1988.
[2]张雄伟、陈亮、徐光辉编著，ＤＳＰ芯片的原理与开发应用．北京：电子工业出版社，2003．