DSP的乘法器
DSP概念
DSP概念DSP有两个含义:其一是Digital Signal Processing，即数字信号处理的缩写，是指数字信号处理的理论和方法;其二是Digital Signal Processor，即数字信号处理器的缩写，是指用于数字信号处理的可编程微处理器。
随着数字信号处理技术和集成电路技术的飞速发展，以及数字系统的显著优越性，DSP 技术已广泛地被应用，则实时数字信号处理也成为现实。
DSP芯片实际上就是一种单片机，是集成高速的乘法器，具有多组内部总线，能够进行快速乘法和加法运算，适用于数字信号处理的高速、高位单片计算机，因此有时也被称为单片数字信号处理器。
与通用的CPU和微控制器(MCU)相比，DSP处理器在结构上采用了许多的专门技术和措施。
下面就简要介绍DSP的特点1371:(1)DSP器件采用改进的哈佛结构，程序代码和数据的存储空间分开，允许同时存取程序和数据，即哈佛结构(Harvard Architecture )。
(2)DSP处理器采用多总线结构，即使用两类(程序总线、数据总线)六组总线，包括程序地址总线、程序读总线、数据写地址总线、数据读地址总线、程序读总线、数据读总线。
和哈佛结构配合，大大提高了系统的速度。
(3)DSP芯片广泛采用流水线技术，增强了处理器的处理能力。
计算机在执行一条指令时，总要经过取指、译码、取数、执行运算等步骤，需要若干个时钟周期才能完成。
流水线技术是指将各指令的各个步骤重叠来执行，即第一条指令取指后，译码时，第二条指令取指，第一条指令取指译码后，取数时，第二条指令译码，第三条指令取指……依次类推。
(4)DSP芯片内置高速人硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。
(5)DSP采用了适合于数字信号处理的寻址方式和指令，进一步减小了数字信号处理的时间。
DSP芯片介绍(精)
DSP 芯片介绍1 什么是DSP 芯片DSP 芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。
DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP 指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。
根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下的一些主要特点：（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。
（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。
（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。
（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。
（5）快速的中断处理和硬件I/O支持。
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。
（7）可以并行执行多个操作。
（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。
2 DSP芯片的发展世界上第一个单片DSP 芯片是1978年AMI 公司宣布的S2811，1979年美国Iintel 公司发布的商用可编程期间2920是DSP 芯片的一个主要里程碑。
这两种芯片内部都没有现代DSP 芯片所必须的单周期芯片。
1980年。
日本NEC 公司推出的μPD7720是第一个具有乘法器的商用DSP 芯片。
第一个采用CMOS 工艺生产浮点DSP 芯片的是日本的Hitachi 公司，它于1982年推出了浮点DSP 芯片。
1983年，日本的Fujitsu 公司推出的MB8764，其指令周期为120ns ，且具有双内部总线，从而处理的吞吐量发生了一个大的飞跃。
而第一个高性能的浮点DSP 芯片应是AT&T公司于1984年推出的DSP32。
在这么多的DSP 芯片种类中，最成功的是美国德克萨斯仪器公司（Texas Instruments，简称TI）的一系列产品。
TI公司灾982年成功推出启迪一代DSP 芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17等，之后相继推出了第二代DSP 芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP 芯片TMS32C30/C31/C32，第四代DSP 芯片TMS32C40/C44，第五代DSP 芯片TMS32C50/C51/C52/C53以及集多个DSP 于一体的高性能DSP 芯片TMS32C80/C82等。
DSP 定点乘法运算
数的标定及Q值确定
数的标定即由程序员来确定1个数的小数点处于16位数的哪一位。 S表示法
数标定的方法 Q表示法
Q值得确定（Q0-Q15）
从表3.1可以看出，同样一个16位数， 若小数点设定的位置不同，它所表示 的数也就不同。 例如： 16进制数2000H＝8192，用Q0表 示 1示6进制注范意围数：不20不同0同，0H的而＝且Q0所精.2表度5示，也的不用数相Q不同15仅。表
一般的定点dsp芯片都设有溢出保护功能当溢出保护功能有效时一旦出现溢出则累加器acc的结果为最大的饱和值上溢为7fffh下溢为8001h从而达到防止溢出引起精度严重恶化的目的
定点CPU计算中的小数乘法 实现及基本原理
讲解人：吴益芬
流程
为何需要定点计算？ 数的定标及Q值确定？ 定点乘法的实现及原理？ 会出现的问题及办法？
例子：
设x = 18.4，y = 36.8，则浮点运算值 为 z =18.4×36.8 = 677.12; 根据上节，得Qx = 10，Qy = 9，Qz = 5，所以 x = 18841；y = 18841； temp = 18841L; z = (18841L*18841)>>(10+9-5) = 354983281L>>14 = 21666; 因为z的定标值为5，故定点 z = 21666 即为浮点的 z = 21666/32 = 677.08
Q越大，数值范围越小，但精度 越高；相反，Q越小，数值范围 越大，但精度就越低。
浮点数X与定点数Xq的转换
xq (int)x 2Q
x (float)xq 2Q
例子：
浮点数X=0.5，定标 Q＝15， 则定点数 Xq=[0.5×32768]=16384，[] 中表示下取整。反之，一个用 Q＝15 表示的定点数16384， 其浮点数为16384×2^(-15) ＝16384/32768=0.5
DSP原理与应用技术-考试知识点总结
DSP原理与应用技术-考试知识点总结第一章1、DSP系统的组成：由控制处理器、DSPs、输入/输出接口、存储器、数据传输网络构成。
P2图1-1-12、TMS320系列DSPs芯片的基本特点：XXX结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令、快速的指令周期。
3、XXX结构：是一种将程序指令储存和数据储存分开的储存器结构。
特点：并行结构体系，是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。
系统中设置了程序和数据两条总线，使数据吞吐率提高一倍。
4、TMS320系列在XXX结构之上DSPs芯片的改进：（1）允许数据存放在程序存储器中，并被算数运算指令直接使用，增强芯片灵活性（2）指令储存在高速缓冲器中，执行指令时，不需要再从存储器中读取指令，节约了一个指令周期的时间。
5、XXX结构：将指令、数据、地址存储在同一存储器中，统一编址，依靠指令计数器提供的地址来区分是指令、数据还是地址，取指令和去数据都访问同一存储器，数据吞吐率低。
6、流水线操作：TMS320F2812采用8级流水线，处理器可以并行处理2-8条指令，每条指令处于流水线的不同阶段。
解释：在4级流水线操作中。
取指令、指令译码、读操作数、执行操作可独立地处理，执行完全重叠。
在每个指令周期内，4条不同的指令都处于激活状态，每条指令处于不同的操作阶段。
7、定点DSPs芯片：定点格式工作的DSPs芯片。
浮点DSPs芯片：浮点格式工作的DSPs芯片。
（定点DSPs可以浮点运算，但是要用软件。
浮点DSPs 用硬件就可以）8、DSPs芯片的运算速度衡量标准：指令周期（执行一条指令所需时间）、MAC时间（一次乘法和加法的时间）、FFT执行时间（傅立叶运算时间）、MIPS（每秒执行百万条指令）、MOPS（每秒执行百万次操作）、MFLOPS （每秒执行百万次浮点操作）、BOPS（每秒十亿次操作）。
DSP优势
数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。
20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。
数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。
随着数字信号处理技术的日益推进，DSP领域的科技成果越来越普遍的应用于音频领域并大大的推动了音频科技的进步。
一、DSP的优势数字化的音频产品必将涉及将类比信号转换成数字信号后加以传输的问题。
而在这种转换的过程中需要做大量的数学运算，因此必须选择运算快速的微处理器才能完成实时的字信号处理。
而市面上的微处理有成百上千种，各有其特色及对应的应用场合，DSP以其特有的优势更适合音频领域。
DSP具有两条内部总线，一个是数据总线，一个是程序总线；而传统的微处理器内部只有一条总线供数据传输与程序执行使用；从上面我们已经看到ModifiedHarvard架构在大量数学运算方面有着强大的优势，在DSP内部具有硬件乘法器，大量的寄存器，目前最快的可在一个指令周期内完成32bit乘32bit的指令，而传统的微处理器运算系以微代码来执行，碰到乘法运算指令时就得消耗掉好几个指令周期，加上传统的微处理器中的寄存器较少，不得不经常从外部储存器传输数据来进行运算，而DSP指令具备重新执行功能，因此在数学运算速度超越一般传统的微处理器。
归纳起来DSP具备有以下的特点：内建乘法累加器；指令管线化；多总线与存储空间；循环寻址与位重新寻址；零负荷循环运算；晶片内含存储体与存储体介面。
总地说来与通用微处理器相比，DSP微处理器（芯片）有以下优缺点DSP优点：对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部参与影响小；容易实现集成；VLSI；可以分时复用，共享处理器；方论文联盟便调整处理器的系数实现自适应滤波；可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；可用于频率非常低的信号。
fpga中做乘法
fpga中做乘法
FPGA中可以使用各种方法进行乘法，下面列举了几种常用的方法：
1. 逻辑门级乘法器：可以利用AND、OR、XOR等逻辑门实现简单的乘法运算。
例如，使用一系列AND运算将两个输入位相乘，再使用逻辑门将它们相加得到结果。
这种方法的优点是简单易实现，缺点是速度较慢。
2. Booth编码乘法器：Booth编码乘法器是一种基于查找表的乘法器，利用Booth编码对乘数进行编码，根据编码结果进行查表并得到部分积，再将部分积相加得到最终结果。
这种方法的优点是速度较快，缺点是复杂度较高。
3. 数字信号处理(DSP)乘法器：FPGA中通常会包含一些专门设计用于进行高速乘法运算的DSP乘法器。
这些乘法器通常具有高速、低功耗和占用较少逻辑资源等特点，非常适合在FPGA中实现乘法运算。
4. 基于硬件乘法器的乘法：某些FPGA芯片可能包含硬件乘法器，可以直接使用硬件乘法器进行乘法运算。
硬件乘法器通常具有非常高的速度和低的功耗，但会占用较多的资源。
需要根据具体的应用场景和性能要求选择适合的乘法方法。
X-DSP浮点乘法器的设计与实现
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DSP通用算法介绍(精)
DSP通用算法介绍摘要数字信号处理（DSP）自1965年由Cooley和Tukey提出DFT（离散傅里叶变换）的高效快速算法（Fourier Transform,简称FFT）以来,已有近40年的历史。
随着计算机和信息技术的发展,数字信号处理技术已形成一门独立的学科系统。
数字信号处理作为一门独立学科是围绕着三个方面迅速发展的：理论、现实和应用。
作为数字信号理论,一般是指利用经典理论（如数字、信号与系统分析等）作为基础而形成的独特的信号处理理论,以及各种快速算法和各类滤波技术等基础理论。
由此在各个应用领域如语音与图象处理、信息的压缩与编码、信号的调制与调解、信道的辨识与均衡、各种智能控制与移动通讯等都延伸出各自的理论与技术,到目前可以说凡是用计算机来处理各类信号的场合都引用了数字信号处理的基本理论、概念和技术。
数字化技术有今天的飞速发展,是依仗于强大的软、硬件环境支撑。
作为数字信号处理的一个实际任务就是要求能够快速、高效、实时完成处理任务,这就要通过通用或专用的数字信号处理器来完成。
因此,数字信号处理器是用来完成数字信号处理任务的一个软、硬件环境和硬件平台。
就如同生活中的许多事情那样，使用DSP往往在一些小问题和具体细节上颇费周折。
然而许多DSP书籍往往专注于大的课题，但在设计基于DSP产品的过程中，大部分时间用于罗列出所必须得“小东西”。
本文包含了那些在其他DSP书籍中不曾提及的被遗忘的算法，但它们却占有如此首要的位置。
本文介绍的DSP通用算法包括逻辑运算，算术运算，系统的基本构件，线形比例缩放，正交信号处理，频率变换，信号平均，自动控制系统。
1.逻辑运算所有的DSP器件都有一套命令集，用于实现逻辑操作，包括与，和异或等等。
它们采用类似与离散逻辑门的方式进行操作，主要用于屏蔽有用的或没用的数据位，主要在位测试程序中使用。
现今的大部分处理器在传统的主要用于寄存器中左移或右移数据的逻辑操作基础上，添加了内置的位测试命令。
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DSP的乘法器/乘加器(MA C)
在通用微处理器中，乘法是由软件实现的，它其实是由时钟控制的一连串“移位—加法”操作。
而对于DSP乘法器，则应具有以下基本基本功能：∙要求在一个时钟周期里对两个字长为b位的输入由硬件作快速并行乘法；
∙应能通过格式控制来执行无符号或带符号或混合的乘法操作、小数或整数乘法操作以及扩展精度或双精度运算，并有合适的舍位方法；
∙应有输入和输出寄存器，这样可以锁存数据，配合流水线操作。
也可不用寄存器，使乘法器在透明方式下工作，这样可以有最小的等待时间。
在数字信号处理的滤波器、FFT、卷积及各种矢量运算中，由于要执行
Σb(n)*x(n - k)
一类的运算，这类运算的乘法和加法总是同时出现，因此DSP中就希望将乘法器和加法器相结合，在一个时钟周期完成一次乘、加运算，并且累加乘法运算的结果。
这样的运算单元称为乘法累加器。
对于乘法累加器，除了要求能在一个时钟周期完成一次乘、加运算外，为了在累加时保证运算精度，还应在累加输出寄存器中包括足够的保护位，因其在2 b位的乘法输出宽度之外，所以称为扩展位。
扩展位中的逻辑应该能用来预测累加器的溢出，并且能紧急通知作重新定标度操作，即防溢出处理。