數字信號處理器：體係結構、實現與應用——國外經典教材 電子信息 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭森楙，顔允聖，賈洪峰 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
• DSP
• 處理器
• 體係結構
• 實現
• 應用
• 電子信息
• 經典教材
• 國外教材
• 通信工程
• 信號處理

店鋪： 博學精華圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302109853

商品編碼：29710565009

包裝：平裝

齣版時間：2005-06-01

基本信息

書名:數字信號處理器：體係結構、實現與應用——國外經典教材 電子信息

定價：59.00元

售價：40.1元,便宜18.9元,摺扣67

作者:郭森楙,顔允聖 ,賈洪峰

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2005-06-01

ISBN：9787302109853

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版次：1

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.4kg

編輯推薦

本書特色：
·介紹瞭MATLAB和Simulink在設計中的應用——用於DSP算法的設計，分析和實現；
·Code poser studio的使用——用於實驗、工程和應用中的TMS320C54x和TMS320C55x；
·強調瞭C語言、匯編語言混閤編程；
·在實際練習中采用兩步方法——首先介紹軟件工程，並指導讀者逐步設計，仿真和驗證，然後以浮點和定點格式開發程序；
·MATLAB與DSP相關工具箱應用的快速指南。

內容提要

本書分為3個主要部分：體係結構、實現和應用，旨在幫助讀者理解DSP處理器的體係結構和編程、實時DSP係統與實際應用程序的設計，如何利用定點和浮點處理器實現DSP算法等。所介紹的處於是器包括：TMS320C2000，TMS320C54x，TMS320C55x，TMS320C62x，TMS320C64x，TMS320C3x和TMS320C67x。
本書可作為高年級相關專業本科生的教材。由於本書強調DSP實現、實驗和應用，所以也可以作為參考書，供那些希望學習DSP概念以及在工作中開發實時DSP應用的工程人員使用。
在開始學習本書之前，讀者應基本掌握信號與係統、C語言和匯編語言等知識。

目錄

章 數字信號處理係統導論
1.1 數字信號處理簡介
1.2 數字信號處理係統與應用
1.2.1 數字信號處理係統
1.2.2 TMS320係列
1.2.3 數字信號處理應用
1.3 數字信號處理器體係結構
1.3.1 引言
1.3.2 中央處理單元運算
1.3.3 存儲器配置
1.3.4 外圍設備與輸入／輸齣
1.4 軟件開發
1.4.1 指令集
1.4.2 匯編程序
1.4.3 C程序
1.4.4 C語言與匯編語言的混閤編碼
1.4.5 軟件開發工具
1.5 硬件問題
1.5.1 硬件選擇
1.5.2 硬件配置
1.5.3 硬件工具
1.6 係統考慮事項
1.6.1 數字信號處理器的選擇
1.6.2 采樣與量化
1.6.3 數模轉換
1.6.4 編碼譯碼器
1.6.5 速度優化
1.7 實驗
1.7.1 使用匯編器和鏈接器.命令文件
1.7.2 創建一個項目
1.7.3 連編項目
1.7.4 調試程序
1.7.5 查看存儲器和圖形
1.7.6 使用斷點和配置器
習題
參考文獻
第2章 數字信號處理基礎
2.1 數字信號與操作
2.1.1 基本信號
2.1.2 基本運算
2.2 變換
2.2.1 定義
2.2.2 z變換的性質
2.3 數字係統
2.3.1 綫性時不變係統
2.3.2 有限長單位衝激響應濾波器
2.3.3 無限長單位衝激響應濾波器
2.4 頻率分析
2.4.1 離散時問傅裏葉變換
2.4.2 離散傅裏葉變換
2.4.3 離散傅裏葉變換的性質
2.4.4 快速傅裏葉變換
2.5 隨機信號處理
2.5.1 數字隨機信號
2.5.2 時域處理
2.6 實驗
2.6.1 簡單的無限長單位衝激響應濾波器
2.6.2 軟件開發
2.6.3 信號處理工具
2.6.4 使用Code Composer Studio
測試C程序
習題
參考文獻
第3章 實現的考慮因素
3.1 引言
3.2 數據錶示與運算
3.2.1 定點數與運算
3.2.2 浮點運算
3.2.3 定點格式與浮點格式對比
3.3 有限字長效應
3.3.1 輸入量化
3.3.2 係數量化
3.3.3 溢齣與解決方法
3.3.4 捨入與捨位
3.4 編程問題
3.4.1 尋址模式
3.4.2 流水綫概念
3.4.3 指令高速緩存
3.4.4 硬件與軟件中斷
3.5 實時實現的考慮因素
3.5.1 信號轉換器
3.5.2 流處理
3.5.3 塊處理
3.5.4 矢量處理
3.5.5 基準測試
3.6 硬件接口
3.6.1 外部存儲器接口
3.6.2 計時器和主時鍾
3.6.3 串行端口連接
3.6.4 直接存儲器存取控製器
3.6.5 並行端口連接
3.6.6 主機端口連接
3.6.7 多處理技術
3.6.8 電源調節器
3.6.9 仿真器互連標準
3.7 實驗
3.7.1 利用MATLAB的實驗
3.7.2 采用定點C的實驗
3.7.3 采用C5000 CCS的實驗
習題
參考文獻
第4章 定點數字信號處理器
4.1 引言
4.1.1 源語句格式
4.1.2 匯編命令
4.1.3 軟件開發過程
4.2 TMS320C2000
4.2.1 體係結構概述
4.2.2 中央處理器
4.2.3 程序控製
4.2.4 編程問題
4.2.5 係統問題
4.2.6 一個應用：鎖相環
4.3 TMS320C54x
4.3.1 體係結構概述
4.3.2 尋址模式
4.3.3 指令集
4.3.4 編程考慮因素
4.3.5 係統問題
4.4 TMS320C55x
4.4.1 體係結構概述
4.4.2 中央處理器
4.4.3 尋址模式
4.4.4 指令集
4.4.5 編程考慮因素
4.4.6 C程序的優化
4.4.7 係統問題
4.5 TMS320C62x與TMS32064x
4.5.1 體係結構概述
4.5.2 存儲器係統
4.5.3 外部存儲器尋址
4.5.4 指令集
4.5.5 編程考慮因素
4.5.6 係統問題
4.6 實驗
4.6.1 錶示不同的Q格式
4.6.2 係數量化
4.6.3 溢齣處理
4.6.4 縮放和飽和模式
4.6.5 捨入
4.6.6 提取保護位
4.6.7 一個乘法特例
習題
參考文獻
第5章 浮點數字信號處理器
……
第6章 有限長單位衝激響應濾波
第7章無限長單位衝激響應濾波
第8章 快速傅裏葉變換
第9章 自適應濾波
部分習題答案
附錄A MATLAB與Simul ink簡介
附錄B 附加實驗與應用
附錄C 數字信號處理器的外圍設備編程
附錄D 有用的站點

作者介紹

郭森楙(Sen M. Kuo)，1976年於國立颱灣師範大學獲得學士學位，分彆於1983年、1985年在新墨西哥大學獲得碩士學位與博士學位。現為美國北伊利諾斯大學電氣工程係教授。1993年曾在德州儀器公司工作。作為作者齣版瞭4本專著他已經申請瞭7項美國，並發錶瞭150多篇技術

文摘

序言

探索數字信號處理的奧秘：硬件設計、算法優化與實際係統構建 數字信號處理（DSP）是現代電子信息技術的核心基石，它賦予瞭我們處理、分析和生成各種數字信號的能力，從而驅動瞭通信、音頻、視頻、醫療成像、自動駕駛等眾多前沿領域的飛速發展。本書旨在深入剖析數字信號處理器（DSP）這一關鍵硬件平颱的體係結構、高效實現方法及其在廣泛應用中的實際部署。我們將從最基礎的概念齣發，層層遞進，揭示DSP從微觀的指令集、內存管理到宏觀的並行處理、流水綫技術等一係列設計哲學，並探討如何將先進的DSP算法巧妙地映射到硬件上，最終構建齣性能卓越、能效比高的實際係統。 第一部分：DSP體係結構——理解核心設計理念 本部分將帶領讀者走進DSP的核心世界，深入理解其獨特的體係結構設計。我們將首先迴顧經典處理器架構的演進，為理解DSP的獨特性打下基礎。 基本處理器架構迴顧： 簡要介紹通用計算處理器（CPU）的馮·諾依曼和哈佛架構，以及它們的特點和局限性，為引齣DSP的特殊設計做鋪墊。 DSP的獨特需求與架構演進： 詳細闡述DSP與通用CPU在處理任務上的根本差異——DSP需要處理海量、實時、計算密集型的信號數據。分析為瞭滿足這些需求，DSP在架構上是如何演進的，例如引入專用的指令集、更快的內存訪問機製以及高度並行的處理單元。 哈佛架構及其變種在DSP中的應用： 重點解析DSP廣泛采用的哈佛架構，即指令和數據擁有獨立的存儲器和總綫。深入探討為什麼這種架構能顯著提高吞吐量，並介紹其在DSP中的具體實現形式，如雙哈佛架構，以支持並行的數據加載和指令執行。 指令集架構（ISA）： 詳細分析DSP的指令集特點，包括： MAC（Multiply-Accumulate）指令： 這是DSP最重要的指令之一，能夠在一個周期內完成乘法和纍加操作，極大加速瞭濾波、捲積等信號處理核心運算。我們將分析其工作原理、多種實現方式（如單周期、流水綫MAC）以及對整體性能的影響。 SIMD（Single Instruction, Multiple Data）指令： 介紹SIMD指令如何通過在單個周期內對多個數據元素執行相同操作來進一步提升並行度，尤其適用於嚮量運算和數據密集型任務。 位操作指令與數據格式： 探討DSP對二進製數據處理的優化，包括位移、掩碼、循環移位等指令，以及不同數據格式（如定點、浮點）的特點、優勢和選擇考量。 特殊尋址模式： 分析DSP常用的地址生成單元（AGU）及其提供的地址模式，如位反轉尋址（用於FFT）、圓形緩衝區（用於滑動平均、濾波器）等，這些模式如何簡化算法實現並提高效率。 內存子係統設計： 多端口RAM： 深入理解DSP為何需要多端口RAM來支持指令和數據的並行訪問，以及多端口RAM的內部結構和訪問延遲。 緩存（Cache）與局部存儲器（Scratchpad Memory）： 探討緩存的作用以及在DSP中的設計考量，例如緩存的命中率、替換策略等。同時，詳細介紹局部存儲器，它是一種軟件可控的片上SRAM，提供無延遲訪問，常用於存放頻繁訪問的數據塊，以避免緩存未命中帶來的性能損失。 DMA（Direct Memory Access）： 介紹DMA控製器如何允許外設在CPU乾預最少的情況下直接與內存進行數據傳輸，從而釋放CPU資源，提高係統整體效率，尤其在I/O密集型應用中至關重要。 流水綫與並行處理技術： 指令流水綫： 剖析DSP中的指令流水綫如何通過將指令執行分解為多個階段（取指、譯碼、執行、寫迴等）並在不同指令之間重疊，從而提高指令吞吐量。分析流水綫衝突（結構衝突、數據衝突、控製衝突）及其解決方法（如停頓、轉發、分支預測）。 超標量與多核架構： 介紹超標量架構如何在一顆處理器內核中並行執行多條獨立指令。更進一步，探討多核DSP的優勢，即通過集成多個處理單元來顯著提升計算能力，並分析在多核環境中任務劃分、通信和同步的挑戰。 硬件加速器： 介紹DSP中常見的專用硬件加速器，例如用於FFT、FIR、IIR濾波等特定信號處理任務的硬件模塊，它們如何通過硬件實現來提供超越軟件實現的極緻性能。 第二部分：DSP實現——從算法到硬件的映射 本部分將聚焦於如何將抽象的數字信號處理算法有效地轉化為能在DSP硬件上運行的代碼，並實現最佳性能。 DSP開發流程與工具鏈： 介紹典型的DSP開發流程，包括算法設計、模型仿真、代碼實現、編譯、鏈接、調試和部署。重點介紹DSP開發環境中常用的編譯器、匯編器、鏈接器、調試器（如JTAG）以及仿真器。 匯編語言與高級語言的結閤： 探討DSP編程中匯編語言的重要性，以及何時需要使用匯編來優化關鍵的性能瓶頸。介紹C語言在DSP開發中的應用，以及如何通過內聯匯編、特定指令函數等方式來結閤匯編的優勢。 算法優化策略： 數據錶示與溢齣管理： 深入講解定點數運算的原理、量化誤差、飽和處理和溢齣檢測。分析如何選擇閤適的定點錶示範圍以平衡精度和動態範圍。 流水綫優化（軟件層麵）： 介紹如何通過調整代碼結構、指令調度、循環展開、函數內聯等技術來充分利用DSP的指令流水綫，減少流水綫停頓。 算法替換與簡化： 探討是否存在更適閤DSP硬件特性的等效算法，例如使用蝶形運算替代FFT的某些部分，或者利用算法的對稱性來減少計算量。 位操作與打包技術： 介紹如何利用DSP強大的位操作指令和數據打包技術來減少內存訪問和提高計算效率。 內存訪問優化： 數據局部性與緩存友好型編程： 講解如何通過調整數據結構、訪問順序，使數據盡可能駐留在緩存中，減少緩存未命中。 局部存儲器的有效利用： 演示如何將頻繁訪問的數據塊預先加載到局部存儲器，並通過匯編或特定編譯器指令來高效地訪問。 DMA的編程模型： 介紹如何利用DMA進行塊數據傳輸，以及DMA與CPU任務的並行執行。 中斷處理與實時性保證： 深入分析DSP的中斷係統，包括中斷源、中斷嚮量錶、中斷優先級、中斷服務程序（ISR）的設計要求，以及如何確保任務的實時性響應。 性能分析與調優： 介紹如何使用性能分析工具（如Cycles Counter, Profiler）來識彆代碼中的性能瓶頸，並基於分析結果進行有針對性的優化。 第三部分：DSP應用——驅動現實世界的創新 本部分將展示DSP在不同領域的廣泛應用，通過實際案例來闡述DSP的價值和重要性。 通信係統： 基帶信號處理： 介紹DSP在調製解調、信道編碼/解碼、均衡、自適應濾波器等方麵的應用，以及如何實現高速、低功耗的通信。 軟件定義無綫電（SDR）： 闡述DSP在SDR中的核心作用，如何通過軟件重構實現對無綫電信號的處理，支持多標準、多模式的通信。 音頻與語音處理： 音頻編解碼： 講解MP3、AAC等音頻壓縮算法背後的DSP技術，以及高質量音頻播放和錄製的實現。 語音識彆與閤成： 介紹語音信號的特徵提取、聲學模型、語言模型等，以及DSP如何支撐高效的語音交互係統。 噪聲抑製與迴聲消除： 演示DSP如何通過濾波器和自適應算法來消除環境噪聲和電話迴聲，提升通話質量。 圖像與視頻處理： 圖像增強與濾波： 介紹DSP在圖像去噪、銳化、邊緣檢測、顔色校正等方麵的應用。 視頻編解碼： 闡述H.264、H.265等視頻壓縮標準中復雜的DSP算法，以及如何實現流暢的視頻播放和實時編碼。 計算機視覺基礎： 簡要介紹DSP在特徵提取、目標檢測、運動估計等基礎計算機視覺任務中的作用。 醫療電子： 生物信號采集與處理： 講解DSP在心電圖（ECG）、腦電圖（EEG）、肌電圖（EMG）等生物信號的采集、濾波和特徵分析中的應用。 醫學成像： 介紹超聲、CT、MRI等醫學成像設備中的DSP技術，如何對原始數據進行重構和後處理，生成高質量的醫學圖像。 工業控製與自動化： 電機控製： 闡述DSP在矢量控製、無傳感器控製等高級電機控製算法中的關鍵作用，實現高精度、高效率的電機驅動。 傳感器數據融閤： 介紹DSP如何融閤來自不同傳感器的數據，提高係統的感知能力和決策精度。 其他新興應用： 簡要提及DSP在雷達、聲納、嵌入式係統、物聯網（IoT）設備等其他領域的應用，展示其跨領域的強大能力。 通過係統性地學習本書內容，讀者將能夠深刻理解數字信號處理器的運作原理，掌握將復雜算法轉化為高效硬件實現的技巧，並對DSP在現代科技中的關鍵作用有全麵的認識。無論您是電子工程、計算機科學專業的學生，還是相關領域的研發工程師，本書都將為您提供堅實的理論基礎和寶貴的實踐指導，助您在數字信號處理的廣闊天地中不斷探索與創新。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值絕不僅僅停留在理論的層麵，其對體係結構和實現的深入剖析，纔是真正體現其“經典”之處。很多教材在講完算法後就戛然而止，留給讀者的是如何將這些理論付諸實踐的巨大鴻溝。然而，這本教材很早就開始係統地講解DSP芯片的內部構造，從哈佛/馮·諾依曼結構的區彆，到流水綫、數據通路、乘加單元（MAC）的優化設計，都有詳盡的圖示和文字說明。我特彆喜歡它講解指令集和尋址模式的那一部分，它清晰地揭示瞭為什麼特定的DSP架構在處理FIR/IIR濾波器運算時能達到極高的效率。閱讀這些章節時，我仿佛能看到一個數字信號處理器在微觀層麵是如何工作的，這極大地增強瞭我對硬件與軟件協同設計的理解。它不僅僅告訴你“如何設計一個FFT濾波器”，更進一步告訴你“為什麼這個DSP能比通用CPU更快地完成這個FFT”。對於希望從事底層優化或硬件加速的工程師來說，這部分內容是無價之寶，它提供瞭從“會用”到“精通”的關鍵橋梁。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓人眼前一亮，特彆是對於那些剛剛接觸數字信號處理（DSP）領域的讀者來說，它簡直就像是一份詳盡的地圖。我記得我第一次翻開這本書時，最深的印象就是它對基礎概念的闡述極其透徹。它沒有急於展示那些復雜的算法或最新的硬件特性，而是花瞭大篇幅去梳理信號處理的數學基礎和離散時間係統的基本原理。比如，傅裏葉變換的引入，不是簡單地拋齣公式，而是從連續時間信號的頻譜分析逐步過渡到離散域，每一步的推導都清晰可見，邏輯銜接得非常自然。這種由淺入深的講解方式，極大地降低瞭初學者的門檻，讓我能夠紮實地理解後續章節中諸如Z變換、濾波器設計等核心內容背後的“為什麼”。對於我個人而言，它成功地將原本抽象的數學工具，轉化成瞭可以理解和應用的工程語言。尤其贊賞的是，作者在介紹基本概念時，總是會穿插一些形象的比喻，這對於記憶和內化知識點非常有幫助，避免瞭純理論的枯燥感。我感覺這本書更像是一位經驗豐富的導師，耐心引導你構建起完整的知識體係框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格和圖錶質量，是其能夠成為“經典”的重要因素之一。它的敘述風格嚴謹而不失清晰，即便是處理那些非常繁復的數學推導或硬件時序圖，作者也能用最簡潔明瞭的方式呈現齣來，避免瞭冗長和晦澀的錶達。我尤其欣賞它在關鍵概念旁標注的“實現小貼士”或“陷阱警告”欄目，這些往往是作者多年實踐經驗的結晶，能幫讀者避免在實際項目中常犯的錯誤，比如溢齣處理、緩存一緻性問題等。那些結構圖和時序圖繪製得非常專業，層次分明，即便是復雜的指令並行執行過程，通過圖示也能一目瞭然。相比一些隻注重公式堆砌的教材，這本書的圖文結閤達到瞭教科書級彆的完美平衡，極大地提高瞭閱讀效率和理解深度，讓人感覺作者是在認真地、手把手地教導讀者如何成為一名閤格的DSP工程師，而不是簡單地羅列知識點。

評分☆☆☆☆☆

在我看來，這本書的編排方式體現瞭極高的教學智慧，它非常注重知識的迭代和遞進，使得整本書的閱讀體驗非常流暢且富有層次感。它不像某些教材那樣把所有內容堆砌在一起，而是巧妙地將理論、架構和具體應用場景分階段引入。例如，在介紹瞭基本的有限脈衝響應（FIR）濾波器理論後，緊接著就引入瞭定點運算的挑戰和量化誤差的分析，這使得讀者立刻能體會到理論在實際硬件中麵臨的限製。這種緊密的耦閤關係，迫使我們不能僅僅停留在紙上談兵，而是必須帶著“工程實現”的視角去學習理論。此外，它對各種高級應用，如快速傅裏葉變換（FFT）算法的硬件友好型變體、自適應濾波器的實現細節，都有非常詳盡的討論，這些內容遠超一般入門教材的深度。這使得這本書不僅適閤初學者打基礎，更適閤有一定經驗的開發者進行深入的查漏補缺和知識體係的完善，每一次重溫都能挖掘齣新的洞見。

評分☆☆☆☆☆

真正讓我感到驚喜的是，這本書在介紹完核心算法和處理器架構之後，並沒有止步於此，而是提供瞭相當詳盡的應用案例分析，這部分內容極大地拓展瞭我的視野。它不僅僅是展示瞭DSP在音頻處理或通信領域的標準應用，還深入探討瞭如何針對特定約束條件（比如超低功耗、高實時性要求）來選擇和優化處理器。例如，關於固定點和浮點運算的權衡分析，書中通過具體的功耗和精度對比數據，給齣瞭非常中肯的建議，這對於實際係統設計中的決策至關重要。這種將“What”（理論）與“How”（實現）以及“Why”（應用場景決策）緊密結閤的處理方式，使得這本書的實用價值遠超一般學術著作。它成功地彌閤瞭理論研究者與一綫係統工程師之間的知識鴻溝，提供瞭一個既有深度又有廣度的知識平颱，讓我感覺自己不僅僅是學到瞭知識，更是掌握瞭一套解決實際工程問題的思維框架。