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郭森楙，颜允圣，贾洪峰 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302109853

商品编码：29710565009

包装：平装

出版时间：2005-06-01

基本信息

书名:数字信号处理器：体系结构、实现与应用——国外经典教材 电子信息

定价：59.00元

售价：40.1元,便宜18.9元,折扣67

作者:郭森楙,颜允圣 ,贾洪峰

出版社：清华大学出版社

出版日期：2005-06-01

ISBN：9787302109853

字数：

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版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：0.4kg

编辑推荐

本书特色：
·介绍了MATLAB和Simulink在设计中的应用——用于DSP算法的设计，分析和实现；
·Code poser studio的使用——用于实验、工程和应用中的TMS320C54x和TMS320C55x；
·强调了C语言、汇编语言混合编程；
·在实际练习中采用两步方法——首先介绍软件工程，并指导读者逐步设计，仿真和验证，然后以浮点和定点格式开发程序；
·MATLAB与DSP相关工具箱应用的快速指南。

内容提要

本书分为3个主要部分：体系结构、实现和应用，旨在帮助读者理解DSP处理器的体系结构和编程、实时DSP系统与实际应用程序的设计，如何利用定点和浮点处理器实现DSP算法等。所介绍的处于是器包括：TMS320C2000，TMS320C54x，TMS320C55x，TMS320C62x，TMS320C64x，TMS320C3x和TMS320C67x。
本书可作为高年级相关专业本科生的教材。由于本书强调DSP实现、实验和应用，所以也可以作为参考书，供那些希望学习DSP概念以及在工作中开发实时DSP应用的工程人员使用。
在开始学习本书之前，读者应基本掌握信号与系统、C语言和汇编语言等知识。

目录

章 数字信号处理系统导论
1.1 数字信号处理简介
1.2 数字信号处理系统与应用
1.2.1 数字信号处理系统
1.2.2 TMS320系列
1.2.3 数字信号处理应用
1.3 数字信号处理器体系结构
1.3.1 引言
1.3.2 中央处理单元运算
1.3.3 存储器配置
1.3.4 外围设备与输入／输出
1.4 软件开发
1.4.1 指令集
1.4.2 汇编程序
1.4.3 C程序
1.4.4 C语言与汇编语言的混合编码
1.4.5 软件开发工具
1.5 硬件问题
1.5.1 硬件选择
1.5.2 硬件配置
1.5.3 硬件工具
1.6 系统考虑事项
1.6.1 数字信号处理器的选择
1.6.2 采样与量化
1.6.3 数模转换
1.6.4 编码译码器
1.6.5 速度优化
1.7 实验
1.7.1 使用汇编器和链接器.命令文件
1.7.2 创建一个项目
1.7.3 连编项目
1.7.4 调试程序
1.7.5 查看存储器和图形
1.7.6 使用断点和配置器
习题
参考文献
第2章 数字信号处理基础
2.1 数字信号与操作
2.1.1 基本信号
2.1.2 基本运算
2.2 变换
2.2.1 定义
2.2.2 z变换的性质
2.3 数字系统
2.3.1 线性时不变系统
2.3.2 有限长单位冲激响应滤波器
2.3.3 无限长单位冲激响应滤波器
2.4 频率分析
2.4.1 离散时问傅里叶变换
2.4.2 离散傅里叶变换
2.4.3 离散傅里叶变换的性质
2.4.4 快速傅里叶变换
2.5 随机信号处理
2.5.1 数字随机信号
2.5.2 时域处理
2.6 实验
2.6.1 简单的无限长单位冲激响应滤波器
2.6.2 软件开发
2.6.3 信号处理工具
2.6.4 使用Code Composer Studio
测试C程序
习题
参考文献
第3章 实现的考虑因素
3.1 引言
3.2 数据表示与运算
3.2.1 定点数与运算
3.2.2 浮点运算
3.2.3 定点格式与浮点格式对比
3.3 有限字长效应
3.3.1 输入量化
3.3.2 系数量化
3.3.3 溢出与解决方法
3.3.4 舍入与舍位
3.4 编程问题
3.4.1 寻址模式
3.4.2 流水线概念
3.4.3 指令高速缓存
3.4.4 硬件与软件中断
3.5 实时实现的考虑因素
3.5.1 信号转换器
3.5.2 流处理
3.5.3 块处理
3.5.4 矢量处理
3.5.5 基准测试
3.6 硬件接口
3.6.1 外部存储器接口
3.6.2 计时器和主时钟
3.6.3 串行端口连接
3.6.4 直接存储器存取控制器
3.6.5 并行端口连接
3.6.6 主机端口连接
3.6.7 多处理技术
3.6.8 电源调节器
3.6.9 仿真器互连标准
3.7 实验
3.7.1 利用MATLAB的实验
3.7.2 采用定点C的实验
3.7.3 采用C5000 CCS的实验
习题
参考文献
第4章 定点数字信号处理器
4.1 引言
4.1.1 源语句格式
4.1.2 汇编命令
4.1.3 软件开发过程
4.2 TMS320C2000
4.2.1 体系结构概述
4.2.2 中央处理器
4.2.3 程序控制
4.2.4 编程问题
4.2.5 系统问题
4.2.6 一个应用：锁相环
4.3 TMS320C54x
4.3.1 体系结构概述
4.3.2 寻址模式
4.3.3 指令集
4.3.4 编程考虑因素
4.3.5 系统问题
4.4 TMS320C55x
4.4.1 体系结构概述
4.4.2 中央处理器
4.4.3 寻址模式
4.4.4 指令集
4.4.5 编程考虑因素
4.4.6 C程序的优化
4.4.7 系统问题
4.5 TMS320C62x与TMS32064x
4.5.1 体系结构概述
4.5.2 存储器系统
4.5.3 外部存储器寻址
4.5.4 指令集
4.5.5 编程考虑因素
4.5.6 系统问题
4.6 实验
4.6.1 表示不同的Q格式
4.6.2 系数量化
4.6.3 溢出处理
4.6.4 缩放和饱和模式
4.6.5 舍入
4.6.6 提取保护位
4.6.7 一个乘法特例
习题
参考文献
第5章 浮点数字信号处理器
……
第6章 有限长单位冲激响应滤波
第7章无限长单位冲激响应滤波
第8章 快速傅里叶变换
第9章 自适应滤波
部分习题答案
附录A MATLAB与Simul ink简介
附录B 附加实验与应用
附录C 数字信号处理器的外围设备编程
附录D 有用的站点

作者介绍

郭森楙(Sen M. Kuo)，1976年于国立台湾师范大学获得学士学位，分别于1983年、1985年在新墨西哥大学获得硕士学位与博士学位。现为美国北伊利诺斯大学电气工程系教授。1993年曾在德州仪器公司工作。作为作者出版了4本专著他已经申请了7项美国，并发表了150多篇技术

文摘

序言

探索数字信号处理的奥秘：硬件设计、算法优化与实际系统构建 数字信号处理（DSP）是现代电子信息技术的核心基石，它赋予了我们处理、分析和生成各种数字信号的能力，从而驱动了通信、音频、视频、医疗成像、自动驾驶等众多前沿领域的飞速发展。本书旨在深入剖析数字信号处理器（DSP）这一关键硬件平台的体系结构、高效实现方法及其在广泛应用中的实际部署。我们将从最基础的概念出发，层层递进，揭示DSP从微观的指令集、内存管理到宏观的并行处理、流水线技术等一系列设计哲学，并探讨如何将先进的DSP算法巧妙地映射到硬件上，最终构建出性能卓越、能效比高的实际系统。 第一部分：DSP体系结构——理解核心设计理念 本部分将带领读者走进DSP的核心世界，深入理解其独特的体系结构设计。我们将首先回顾经典处理器架构的演进，为理解DSP的独特性打下基础。 基本处理器架构回顾： 简要介绍通用计算处理器（CPU）的冯·诺依曼和哈佛架构，以及它们的特点和局限性，为引出DSP的特殊设计做铺垫。 DSP的独特需求与架构演进： 详细阐述DSP与通用CPU在处理任务上的根本差异——DSP需要处理海量、实时、计算密集型的信号数据。分析为了满足这些需求，DSP在架构上是如何演进的，例如引入专用的指令集、更快的内存访问机制以及高度并行的处理单元。 哈佛架构及其变种在DSP中的应用： 重点解析DSP广泛采用的哈佛架构，即指令和数据拥有独立的存储器和总线。深入探讨为什么这种架构能显著提高吞吐量，并介绍其在DSP中的具体实现形式，如双哈佛架构，以支持并行的数据加载和指令执行。 指令集架构（ISA）： 详细分析DSP的指令集特点，包括： MAC（Multiply-Accumulate）指令： 这是DSP最重要的指令之一，能够在一个周期内完成乘法和累加操作，极大加速了滤波、卷积等信号处理核心运算。我们将分析其工作原理、多种实现方式（如单周期、流水线MAC）以及对整体性能的影响。 SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令： 介绍SIMD指令如何通过在单个周期内对多个数据元素执行相同操作来进一步提升并行度，尤其适用于向量运算和数据密集型任务。 位操作指令与数据格式： 探讨DSP对二进制数据处理的优化，包括位移、掩码、循环移位等指令，以及不同数据格式（如定点、浮点）的特点、优势和选择考量。 特殊寻址模式： 分析DSP常用的地址生成单元（AGU）及其提供的地址模式，如位反转寻址（用于FFT）、圆形缓冲区（用于滑动平均、滤波器）等，这些模式如何简化算法实现并提高效率。 内存子系统设计： 多端口RAM： 深入理解DSP为何需要多端口RAM来支持指令和数据的并行访问，以及多端口RAM的内部结构和访问延迟。 缓存（Cache）与局部存储器（Scratchpad Memory）： 探讨缓存的作用以及在DSP中的设计考量，例如缓存的命中率、替换策略等。同时，详细介绍局部存储器，它是一种软件可控的片上SRAM，提供无延迟访问，常用于存放频繁访问的数据块，以避免缓存未命中带来的性能损失。 DMA（Direct Memory Access）： 介绍DMA控制器如何允许外设在CPU干预最少的情况下直接与内存进行数据传输，从而释放CPU资源，提高系统整体效率，尤其在I/O密集型应用中至关重要。 流水线与并行处理技术： 指令流水线： 剖析DSP中的指令流水线如何通过将指令执行分解为多个阶段（取指、译码、执行、写回等）并在不同指令之间重叠，从而提高指令吞吐量。分析流水线冲突（结构冲突、数据冲突、控制冲突）及其解决方法（如停顿、转发、分支预测）。 超标量与多核架构： 介绍超标量架构如何在一颗处理器内核中并行执行多条独立指令。更进一步，探讨多核DSP的优势，即通过集成多个处理单元来显著提升计算能力，并分析在多核环境中任务划分、通信和同步的挑战。 硬件加速器： 介绍DSP中常见的专用硬件加速器，例如用于FFT、FIR、IIR滤波等特定信号处理任务的硬件模块，它们如何通过硬件实现来提供超越软件实现的极致性能。 第二部分：DSP实现——从算法到硬件的映射 本部分将聚焦于如何将抽象的数字信号处理算法有效地转化为能在DSP硬件上运行的代码，并实现最佳性能。 DSP开发流程与工具链： 介绍典型的DSP开发流程，包括算法设计、模型仿真、代码实现、编译、链接、调试和部署。重点介绍DSP开发环境中常用的编译器、汇编器、链接器、调试器（如JTAG）以及仿真器。 汇编语言与高级语言的结合： 探讨DSP编程中汇编语言的重要性，以及何时需要使用汇编来优化关键的性能瓶颈。介绍C语言在DSP开发中的应用，以及如何通过内联汇编、特定指令函数等方式来结合汇编的优势。 算法优化策略： 数据表示与溢出管理： 深入讲解定点数运算的原理、量化误差、饱和处理和溢出检测。分析如何选择合适的定点表示范围以平衡精度和动态范围。 流水线优化（软件层面）： 介绍如何通过调整代码结构、指令调度、循环展开、函数内联等技术来充分利用DSP的指令流水线，减少流水线停顿。 算法替换与简化： 探讨是否存在更适合DSP硬件特性的等效算法，例如使用蝶形运算替代FFT的某些部分，或者利用算法的对称性来减少计算量。 位操作与打包技术： 介绍如何利用DSP强大的位操作指令和数据打包技术来减少内存访问和提高计算效率。 内存访问优化： 数据局部性与缓存友好型编程： 讲解如何通过调整数据结构、访问顺序，使数据尽可能驻留在缓存中，减少缓存未命中。 局部存储器的有效利用： 演示如何将频繁访问的数据块预先加载到局部存储器，并通过汇编或特定编译器指令来高效地访问。 DMA的编程模型： 介绍如何利用DMA进行块数据传输，以及DMA与CPU任务的并行执行。 中断处理与实时性保证： 深入分析DSP的中断系统，包括中断源、中断向量表、中断优先级、中断服务程序（ISR）的设计要求，以及如何确保任务的实时性响应。 性能分析与调优： 介绍如何使用性能分析工具（如Cycles Counter, Profiler）来识别代码中的性能瓶颈，并基于分析结果进行有针对性的优化。 第三部分：DSP应用——驱动现实世界的创新 本部分将展示DSP在不同领域的广泛应用，通过实际案例来阐述DSP的价值和重要性。 通信系统： 基带信号处理： 介绍DSP在调制解调、信道编码/解码、均衡、自适应滤波器等方面的应用，以及如何实现高速、低功耗的通信。 软件定义无线电（SDR）： 阐述DSP在SDR中的核心作用，如何通过软件重构实现对无线电信号的处理，支持多标准、多模式的通信。 音频与语音处理： 音频编解码： 讲解MP3、AAC等音频压缩算法背后的DSP技术，以及高质量音频播放和录制的实现。 语音识别与合成： 介绍语音信号的特征提取、声学模型、语言模型等，以及DSP如何支撑高效的语音交互系统。 噪声抑制与回声消除： 演示DSP如何通过滤波器和自适应算法来消除环境噪声和电话回声，提升通话质量。 图像与视频处理： 图像增强与滤波： 介绍DSP在图像去噪、锐化、边缘检测、颜色校正等方面的应用。 视频编解码： 阐述H.264、H.265等视频压缩标准中复杂的DSP算法，以及如何实现流畅的视频播放和实时编码。 计算机视觉基础： 简要介绍DSP在特征提取、目标检测、运动估计等基础计算机视觉任务中的作用。 医疗电子： 生物信号采集与处理： 讲解DSP在心电图（ECG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMG）等生物信号的采集、滤波和特征分析中的应用。 医学成像： 介绍超声、CT、MRI等医学成像设备中的DSP技术，如何对原始数据进行重构和后处理，生成高质量的医学图像。 工业控制与自动化： 电机控制： 阐述DSP在矢量控制、无传感器控制等高级电机控制算法中的关键作用，实现高精度、高效率的电机驱动。 传感器数据融合： 介绍DSP如何融合来自不同传感器的数据，提高系统的感知能力和决策精度。 其他新兴应用： 简要提及DSP在雷达、声纳、嵌入式系统、物联网（IoT）设备等其他领域的应用，展示其跨领域的强大能力。 通过系统性地学习本书内容，读者将能够深刻理解数字信号处理器的运作原理，掌握将复杂算法转化为高效硬件实现的技巧，并对DSP在现代科技中的关键作用有全面的认识。无论您是电子工程、计算机科学专业的学生，还是相关领域的研发工程师，本书都将为您提供坚实的理论基础和宝贵的实践指导，助您在数字信号处理的广阔天地中不断探索与创新。

评分☆☆☆☆☆

真正让我感到惊喜的是，这本书在介绍完核心算法和处理器架构之后，并没有止步于此，而是提供了相当详尽的应用案例分析，这部分内容极大地拓展了我的视野。它不仅仅是展示了DSP在音频处理或通信领域的标准应用，还深入探讨了如何针对特定约束条件（比如超低功耗、高实时性要求）来选择和优化处理器。例如，关于固定点和浮点运算的权衡分析，书中通过具体的功耗和精度对比数据，给出了非常中肯的建议，这对于实际系统设计中的决策至关重要。这种将“What”（理论）与“How”（实现）以及“Why”（应用场景决策）紧密结合的处理方式，使得这本书的实用价值远超一般学术著作。它成功地弥合了理论研究者与一线系统工程师之间的知识鸿沟，提供了一个既有深度又有广度的知识平台，让我感觉自己不仅仅是学到了知识，更是掌握了一套解决实际工程问题的思维框架。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格和图表质量，是其能够成为“经典”的重要因素之一。它的叙述风格严谨而不失清晰，即便是处理那些非常繁复的数学推导或硬件时序图，作者也能用最简洁明了的方式呈现出来，避免了冗长和晦涩的表达。我尤其欣赏它在关键概念旁标注的“实现小贴士”或“陷阱警告”栏目，这些往往是作者多年实践经验的结晶，能帮读者避免在实际项目中常犯的错误，比如溢出处理、缓存一致性问题等。那些结构图和时序图绘制得非常专业，层次分明，即便是复杂的指令并行执行过程，通过图示也能一目了然。相比一些只注重公式堆砌的教材，这本书的图文结合达到了教科书级别的完美平衡，极大地提高了阅读效率和理解深度，让人感觉作者是在认真地、手把手地教导读者如何成为一名合格的DSP工程师，而不是简单地罗列知识点。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，这本书的编排方式体现了极高的教学智慧，它非常注重知识的迭代和递进，使得整本书的阅读体验非常流畅且富有层次感。它不像某些教材那样把所有内容堆砌在一起，而是巧妙地将理论、架构和具体应用场景分阶段引入。例如，在介绍了基本的有限脉冲响应（FIR）滤波器理论后，紧接着就引入了定点运算的挑战和量化误差的分析，这使得读者立刻能体会到理论在实际硬件中面临的限制。这种紧密的耦合关系，迫使我们不能仅仅停留在纸上谈兵，而是必须带着“工程实现”的视角去学习理论。此外，它对各种高级应用，如快速傅里叶变换（FFT）算法的硬件友好型变体、自适应滤波器的实现细节，都有非常详尽的讨论，这些内容远超一般入门教材的深度。这使得这本书不仅适合初学者打基础，更适合有一定经验的开发者进行深入的查漏补缺和知识体系的完善，每一次重温都能挖掘出新的洞见。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值绝不仅仅停留在理论的层面，其对体系结构和实现的深入剖析，才是真正体现其“经典”之处。很多教材在讲完算法后就戛然而止，留给读者的是如何将这些理论付诸实践的巨大鸿沟。然而，这本教材很早就开始系统地讲解DSP芯片的内部构造，从哈佛/冯·诺依曼结构的区别，到流水线、数据通路、乘加单元（MAC）的优化设计，都有详尽的图示和文字说明。我特别喜欢它讲解指令集和寻址模式的那一部分，它清晰地揭示了为什么特定的DSP架构在处理FIR/IIR滤波器运算时能达到极高的效率。阅读这些章节时，我仿佛能看到一个数字信号处理器在微观层面是如何工作的，这极大地增强了我对硬件与软件协同设计的理解。它不仅仅告诉你“如何设计一个FFT滤波器”，更进一步告诉你“为什么这个DSP能比通用CPU更快地完成这个FFT”。对于希望从事底层优化或硬件加速的工程师来说，这部分内容是无价之宝，它提供了从“会用”到“精通”的关键桥梁。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让人眼前一亮，特别是对于那些刚刚接触数字信号处理（DSP）领域的读者来说，它简直就像是一份详尽的地图。我记得我第一次翻开这本书时，最深的印象就是它对基础概念的阐述极其透彻。它没有急于展示那些复杂的算法或最新的硬件特性，而是花了大篇幅去梳理信号处理的数学基础和离散时间系统的基本原理。比如，傅里叶变换的引入，不是简单地抛出公式，而是从连续时间信号的频谱分析逐步过渡到离散域，每一步的推导都清晰可见，逻辑衔接得非常自然。这种由浅入深的讲解方式，极大地降低了初学者的门槛，让我能够扎实地理解后续章节中诸如Z变换、滤波器设计等核心内容背后的“为什么”。对于我个人而言，它成功地将原本抽象的数学工具，转化成了可以理解和应用的工程语言。尤其赞赏的是，作者在介绍基本概念时，总是会穿插一些形象的比喻，这对于记忆和内化知识点非常有帮助，避免了纯理论的枯燥感。我感觉这本书更像是一位经验丰富的导师，耐心引导你构建起完整的知识体系框架。