信号处理的发展

Question

如题所述

Answer 1

数字信号处理是20世纪60年代才开始发展起来的，开始是贝尔实验室及麻省理工学院用电子计算机对电路与滤波器设计进行仿真，奠定了数字滤波器的发展基础。60年代中期，发明了快速傅里叶变换，使频谱分析的傅里叶分析的计算速度提高了百倍以上，从而达到了可以利用电子计算机进行谱分析的目的，奠定了信号与系统分析的实用基础，形成了以数字滤波及快速傅里叶变换为中心内容的数字信号处理的基本方法与概念。70年代开始，数字信号处理这个专用名词在科技领域问世。

Answer 2

自1982年第一片数字信号处理器TMS320ClO产生以来，DSP的发展大致经历了四个阶段，也形成了目前DSP的四代产品。 (1)第一代DSP 1982年TI(Texas Instruments)公司推出的TMS320ClO是第一代DSP的代表，它是16位定点DSP，首次采用哈佛结构，完成乘累加运算时间为390ns，处理速度较慢。 (2)第二代DSP 1987年Motorola公司推出了DSP56001，它是24位定点DSP，完成乘累加运算时间为75ns，其他产品如AT&T公司的DSPl6A，ADI(Analog Devices Inc．)公司的ADSP一2100，TI公司的TMS320C50等，代表了第二代DSP产品。 (3)第三代DSP 1995年出现了第三代定点DSP产品，如Motorola公司的DSP56301，ADI公司的ADSP一2180，TI公司的TMS320C541等。这些产品改进了内部结构，增加了并行处理单元，扩展了内部存储器容量，提高了处理速度，指令周期大约20ns左右。同期出现了功能更强的32位浮点处理的DSP，如Motorola公司的DSP56000，TI公司的TMS320C3X，ADI公司的ADSP-21020等。 ‘ (4)第四代DSP 最近几年推出了性能更高的第四代处理器，包括并行处理结构DSP和超高性能DSP．如ADI公司的32位浮点处理器SHRAC系列ADSP2106X、TI公司的TMS320C4X等，以及近两年TI公司推出的并行处理定点系列TMS320C62XX、浮点系列TMS320C67XX，ADI公司的并行处理浮点系列ADSP21160和TigerSHARC系列ADSP—TSl01S、ADSP—TS201等。 目前DSP生产厂家中最有影响的是TI公司、ADI公司、AT&T公司和Motorola公司。其中TI公司和ADI公司的产品系列最全，市场占有率最高。 DSP处理器有定点处理和浮点处理两大类，适用于不同场合。早期的定点处理DSP可以胜任大多数数字信号处理应用，但其可处理的数据的动态范围有限，如16位定点DSP动态范围仅96dB。在某些数据的动态范围很大的场合，按定点处理可能会发生数据溢出，在编程时需要使用移位定标措施或者定点指令模拟浮点运算，使程序执行速度大大降低。浮点处理器的出现解决了这些问题，它拓展了数据动态范围。浮点DSP的综合性能优于定点DSP，在相同的指令周期内，它既可以完成32位定点运算，也可以完成浮点运算。而且其汇编源程序容易编写、可读性好、调试方便。 随着DSP本身的不断发展，它的开发工具也不断发展和完善。早期的DSP开发只能使用简单的命令行形式的编译器和链接器，使用汇编语言编程，且缺乏调试工具，因此开发难度大、周期长。近几年来，DSP的开发工具向可视化发展，DSP生产厂家和第三方提供了各种软件开发环境和硬件仿真调试工具，支持DSP的程序开发。如TI公司的Code Composer系列(cc2000， cc5000，cc6000)，ADI公司的Visual DSP++等。硬件调试工具普遍采用JTAG扫描方式支持在线调试、支持多处理器调试，还提供了各种评估板。软件和硬件调试工具的发展，使DSP程序的开发过程变得相对容易。此外，目前许多类型的DSP开发过程中可以使用c编译器，简化了开发过程。但是针对定点DSP的c编译器编译效率不高，而浮点DSP的c编译器的效率很高，这使得浮点DSP的程序开发更简单和方便，缩短了开发周期，降低了开发成本。随着集成电路技术的发展，DSP处理器的运算能力不断提高，从早期的5MIPS(百万条指令／秒)，目前已经达到1GFLOPS(千兆次浮点运算／秒)以上，如TI公司的TMS320C6201和TMS320C6701处理能力达到1GFLOPS，ADI公司的ADSP—TSl01S达到1．5GFLOPS，ADSP。TS201S达到3GFLOPS。但对于某些信号处理应用而言，要求信号处理能力达到每秒几百亿、上千亿次运算。这可以通过提高DSP主频或者通过并行处理来满足，提高主频所遇到的难度和付出的成本越来越大，单处理器性能的提高受到许多因素的限制。因此很多DSP处理器具有多处理器扩展接LI，可以方便地实现多处理器并行处理结构，如TI公司的TMS320C4X，ADI公司的ADS-2106X等。新型DSP内部引入了并行处理技术，以满足处理速度的要求，如TI公司的TMS320C6201和TMS320C6701，ADI公司的ADSP—TSl01S和ADSP—TS201S等。