淺析DSP技術的應用與展望

張云帆 張云帆

【摘要】DSP現在通常有兩種解讀方式，一種是作為一種技術去理解，則是數字信號處理技術；另一種是當做看得見、摸得著的實體去看，即集成化的單片數字信號處理器。DSP技術是利用各類專用的設備，如計算器，經過一定的運算后對采集信號并進行各種加工處理，以提取信息進行處理，便于應用于各類場合。本篇論文將對DSP的結構和特點進行簡單的介紹，并淺析DSP技術在當今背景下的應用與未來發展的展望。

【關鍵詞】DSP；應用情況；未來展望

1、引言

在20世紀60年代，數字信號處理技術尚處于嬰兒時期，剛剛出現在少數開發者的視線中。60年代中期以后，出現了FFT算法，集成電路由小規模發展到中規模，再到大規模，大大促進了DSP器件的完善。隨著計算機的與時俱進，信息技術日新月異，DSP器件也隨之不斷更新換代。80年代，產品開始普及到千家萬戶。之后突飛猛進，與時俱進。歷時近60年的光輝歲月，如今的DSP已經融入到我們的生活中的各個方面，逐漸成為我們生活中不可或缺的一部分。

2、DSP芯片的結構

2.1 哈佛結構

隨著社會的發展，市場需求逐漸擴大，實現難度漸漸提升，編程的規模也變得越來越大，故DSP芯片需要較大的運算量和較高的運算速度。大家可以類比不同的計算機運行相同的大型游戲，先進的計算機不卡，就是運算速度提高了。采用了哈佛結構后，代碼和數據的存儲空間被分開，代碼或數據的編號被分開。這樣一來，相同的時間內處理的程序和數據量大大增加。之后經過歷代開發者的不懈努力，又誕生了改進的哈佛結構，與前幾代相比運算速度進一步提高。

2.2 獨立的傳輸總線及控制器

處理器的速度雖然在不斷提高，但還需與數據訪問和傳輸的速度相配合。否則，處理器完成處理后，如果信息不能及時地得到處理，新一輪計算的結果就會覆蓋舊的。DSP的控制器單獨設置了信息運輸的總線，就像是享受“特殊待遇”一樣，因此它的信息運輸速度更快，不會受干擾，也不會干擾別人。

2.3 MAC指令和硬件乘法器

DSP芯片配有硬件乘法器，也就是專門用來算乘法的硬件，使之與普通的處理器相比能以更快的速度完成乘法運算。當然，硬件與軟件的升級往往是相輔相成的。硬件乘法器有一個與之配套的指令，它可以在最短的時間內運算并將結果存儲在相應的位置。兩者結合才能最快執行完乘法運算的代碼。

3、DSP技術的優缺點

DSP技術有其強大的優點，也正因為這些優點才會被大眾認可并得到廣泛應用：（1）強大的數據處理能力，高速的計算速度；（2）DSP技術能根據情況自行將干擾的信號濾除，保留需要的信號；（3）DSP具備較強的品質和卓越的抗干擾性，能承受一定程度的惡劣環境，保證DSP系統的可靠運行。

盡管如此，DSP也沒有做到占盡信號處理器的全部江山。它依然存在著或多或少的缺點，以致其在某些場合，其他的信號處理器更加適合：（1）在處理間斷的信號時，它不能進行將之轉換為連續的信號；（2）數字系統的可靠性與其他設備相比稍顯遜色；（3）DSP只能采樣滿足一定頻率條件的信號，不滿足的信號無法采集，自然更不能處理。

4、DSP技術的應用領域

近年來，DSP的功能愈發強大，相應的需求量也水漲船高，市場上甚至出現了供不應求的情況。另外，DSP芯片的成本越來越低，故性價比日益提高，這些都是量產的前提條件。DSP在通信、自動控制、軍事、醫療、圖像視頻處理等諸多領域得到廣泛應用。現在以DSP在雷達領域的應用為例：

現代雷達系統愈發強大，要求也在逐年遞增。一方面要求雷達在存在巨大干擾的環境下提高檢測出目標的概率，降低沒有目標卻誤報發現了目標的概率；另一方面要求雷達在相同的平臺上具有多功能，能夠具體的定位目標并分析、實時計算其各類參數，并對其威脅程度定級，以便決定該如何做出應對策略，并將目標的信息傳輸給上級。由此可以總結出現代雷達系統的兩個標準，高適應性和多功能。

我們前面提到，軟硬件是相輔相成的關系。系統的好壞如短板效應一般，取決于兩者中差的一方。故要想提高系統性能，除了良好的硬件以外，還需要有與之配套的軟件。雷達信號處理系統軟件的核心是基于DSP的專門的軟件，它主要負責執行提前設定的程序，完成對應功能。也就是說，DSP才是實現功能的關鍵所在，而計算機僅僅用來讓相關人員進行監視以了解系統運行的情況，也就是說提供一個人機交互的界面，并不參與信號的采集與運算。此外，這種軟件系統被細分為底層軟件和頂層軟件兩個部分，兩個級別的軟件各司其職。這么做有效減少了軟件開發人員的工作量，因為他們只需要考慮自己所需要負責的開發內容，大大提高了開發代碼的效率。

此外，DSP具有多功能性，還可以完成更多復雜的任務。由此可見，DSP在雷達信號處理器設計中具有很大的適用性，且可以長期運行，與時俱進。它不僅增強了信號處理的速度，提高了信號處理的準確性，而且適用于各類不同的場合，與別的軟件配合進行更高級的運算，滿足更加復雜的要求。

5. 結語

DSP的功能愈發強大，應用的范圍更是不可估量。在日新月異的環境下，DSP面臨的要求是更快的運算速度，更全面完善的功能，耗能更低更加環保等。由此，DSP的技術可能會朝著以下的方向發展：DSP尺寸縮小，系統集成度繼續提高；內核結構進一步改善；提高運算速度，降低功耗以減少對環境的污染與資源的浪費。甚至還有人提出了一種新的系統：DSP嵌入式系統，它將DSP器件在數據處理方面的優勢與應用目標所需要的技術特征相結合，雙劍合璧，也會擁有美好的前景。

就目前形勢來看，DSP的市場將會越來越大，與之而來的便是更加激烈的市場競爭。目前國內得公司主要側重DSP芯片在各領域的應用，在DSP芯片的工藝和制造上卻很少涉足。現在在這一方面為國外大廠所壟斷，凡是在這方面的需求全要由國外公司來滿足。除了進一步發揚我國在DSP應用上的優勢以外，應當有更多的人才投身到國內DSP芯片制作的潮流中，為我國在此方面的崛起盡一份力，才能進一步提高我國公司的國際地位。

參考文獻：

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[2]胡璞.關于DSP技術的發展前景及其應用現狀問題的初探[J].科研.2016（8）.