眾所周知，處理器是一個簡單的芯片或邏輯電路，它響應基本指令以及輸入過程來控制處理單元。處理器是智能手機、嵌入式系統、筆記本電腦、計算機等電子系統中必不可少的組件。

處理器的兩個基本組件是ALU和控制單元，目前市場上有不同類型的處理器可供選擇，例如微控制器、微處理器、數字信號處理器、嵌入式處理器等。在本文中，小編將簡單介紹數字信號處理器特點、作用和種類等相關內容。

數字信號處理器的概念

數字信號處理器，英文名Digital Signal Processing，簡稱DSP，是制造在金屬氧化物半導體集成電路上的一種特殊類型的微處理器。數字信號處理廣泛用于數字圖像處理、電信、音頻信號處理、語音識別系統、聲納、雷達等不同應用，也用于手機、HDTV(高清電視)產品、磁盤驅動器等產品。

數字信號處理器工作原理

數字信號處理器主要通過使用音頻、語音、溫度和視頻等真實世界的信號來工作，將它們數字化，然后對其進行數學操作。數字信號處理器非常快速地執行不同的數學函數，例如加法、減法、乘法和除法。

數字信號處理器包括程序存儲器、數據存儲器、計算引擎和輸入/輸出等主要組件，其中：

程序存儲器用于存儲程序以處理數據;

數據存儲器用于存儲要處理的數據;

計算引擎執行數學運算，訪問數據存儲器中的數據和程序存儲器中的程序;

輸入/輸出提供不同的功能來連接外部組件。

數字信號處理器框圖

數字信號處理器的框圖如下圖所示：

在上面的框圖中，麥克風用作將聲音信號轉換為電信號的傳感器。

之后，從麥克風產生的模擬電信號被提供給運算放大器以調節模擬信號。

抗混疊濾波器是位于ADC輸入端的LPF(低通濾波器)，該濾波器用于對寬帶信號進行頻帶限制。

之后，一個簡單的ADC轉換器單元使用模擬信號和輸出作為二進制數字流。

在此框圖中，數字信號處理器是系統的核心。目前，CMOS IC用于制造具有高數據吞吐量、專用指令集和高速的數字信號處理器。

之后，DAC將數字信號轉換為模擬信號。平滑濾波器是另一種LPF，用于通過消除不必要的高頻分量來平滑輸出。

揚聲器是輸出傳感器。當然，你也可以根據自己的要求使用其它任何器件，從而實現不一樣的功能。

數字信號處理器的特性

數字信號處理器的特性主要包括以下幾個方面內容：

用于存儲程序的內存與用于存儲數據的內存是不同的。

不提供支持多任務的硬件。

用于模數和反轉位尋址的特殊說明。

可在主機或支持情況下用作 DMA(直接內存訪問)設備。

包括專門設計的架構來獲取多個數據。

包括用于優化不同功能的架構。

使用特殊硬件以較低的成本進行循環。

可用的乘法器或累加器非常平行。

一個單元直接處理數據流路徑中的浮點數。

計算通常通過定點算術過程進行以加快計算速度。

數字信號處理器的架構

數字信號處理器的架構分別是：

馮諾依曼架構

哈佛架構。

超級哈佛架構。

1、馮諾依曼架構

馮諾依曼的數字信號處理器架構主要包括單個存儲器和單個總線，用于將數據傳入和傳出 CPU(中央處理單元)。任意兩個數字相乘至少需要3個CLK 周期，其中1個CLK周期用于借助總線將3個數字中的每一個從內存傳輸到CPU。

這里不計算將輸出傳輸回內存所花費的時間，因為假設它將保留在中央處理單元中以進行額外的操作。當對串行執行所有必要任務感到滿意時，這種類型的架構非常適合。目前，大多數計算機使用馮諾依曼架構，但其他架構只需要非常快速的處理。

2、哈佛架構

哈佛架構的名稱取自于1940年代在霍華德·艾肯 (Howard Aiken) 領導下在哈佛大學完成的工作。如下設計所示，它包括兩個用于數據和程序指令的獨立存儲器，每個存儲器包括單獨的總線。當總線獨立工作時，可以一起獲取數據和程序指令以提高單總線的速度。目前，這種雙總線架構被數字信號處理器使用。

3、超級哈佛架構

數字信號處理器的超級哈佛架構如下圖所示。這個名稱是由Analog Devices創造的，用于解釋其新的ADSP-211xx和ADSP-2106x系列數字信號處理器的內部功能，這些數字信號處理器被稱為SHARC DSP，它是對長期超級哈佛架構的簡化。

該架構是通過包含一些功能來實現的，以增加吞吐量。雖然超級哈佛架構數字信號處理器在多種方法中進行了優化，但有兩個領域足夠重要，可以包括指令緩存和I/O控制器。

數字信號處理器的類型

數字信號處理器主要有有定點處理器和浮點處理器兩種類型。

1、定點數字信號處理器

在定點數字信號處理器中，每個數字都可以通過至少16位來指定，即使可以使用不同的長度。數字可以用不同的模式表示。

定點是指可以假定小數點位置是固定的，并且對于操作數以及運算結果都是相同的。

定點處理器用于不同的靈活嵌入式應用，因為它使用低功耗和低成本。定點數字信號處理器是;TI的TM320C54x、ADI DSP BF53X、TM320C55x、TM320C64x、TM320C62x和摩托羅拉MSC810x。

2、浮點數字信號處理器

浮點數字信號處理器主要使用至少32位來存儲每個值，浮點信號處理器的顯著特點是符號數的間距不均勻。浮點數字信號處理器可以簡單地處理定點數，這是實現從模數轉換器接收并傳輸到數模轉換器的計數器和信號的要求。

對于定點和浮點信號處理器的操作，SHARC系列信號處理器的設計、優化和執行效率相當。與定點DSP相比，浮點DSP的程序簡單，但通常非常昂貴，而且功耗也更大。浮點DSP的類型有TI的TMS320c67x 和ADI ADSP 2116x/2126x。

數字信號處理器指令集

數字信號處理器指令集僅支持數字密集型信號處理操作和通用應用程序，例如高速控制和多處理，其主要類型包括：

累加器、算術和邏輯指令。

輔助寄存器和數據頁指針指令。

TREG、PREG和乘法指令。

分支指令。

控制指令。

I/O和內存操作。

數字信號處理器和微處理的區別

數字信號處理器和微處理器之間的區別包括以下方面：

數字信號處理器的優缺點

數字信號處理器的優點包括以下幾方面內容：整體噪音較小

錯誤檢測和糾正

簡單的數據存儲

很容易加密

可以傳輸更多數據

在數字處理系統中，修改一些命令或者改變一些代碼行很容易修改

通過更廣泛的頻率工作

在數字系統中，DSP可以級聯而不會出現任何負載問題

通過改變數字可編程系統中的程序，可以簡單地改變DSP的操作

通過使用DSP方法，可以簡單地實現復雜的信號處理算法

重量輕且更緊湊。

DSP系統是可升級的，因為它們是由軟件控制的。

數字信號處理器的缺點包括以下幾方面內容：

與模擬通信相比，數字通信需要高帶寬來傳輸數據

大多數數字信號處理器都很昂貴

由于使用了額外的組件，DSP系統的復雜性將會增加

數字信號處理器使用多個晶體管，與模擬信號處理器相比，這些晶體管消耗更多功率

每個DSP的硬件架構和軟件指令都不同，因此需要高技能的工程師對設備進行編程。

數字信號處理器應用

數字信號處理器主要應用包括音頻和語音處理、雷達、聲納和其他傳感器陣列處理、統計信號處理、頻譜密度估計、數據壓縮、數字圖像處理、音頻編碼、視頻編碼、圖像壓縮、控制系統的信號處理、電信、地震學、生物醫學工程等。