DSP芯片概述

數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。現(xiàn)實(shí)世界中，我們被不同形式的各種信號所包圍。有些信號來自自然，而大部分的信號是人造的；有些信號是必需的，而很多信號在給定場合下是不受歡迎或是不需要的。普遍地說，信號處理是用來提取、增強(qiáng)、存儲(chǔ)和運(yùn)輸有用信息的一種運(yùn)算。在實(shí)際應(yīng)用中，信號大部分是模擬信號，它們的幅度隨時(shí)間連續(xù)地變化，通常采用無源或有源的元器件對模擬信號進(jìn)行處理，這種方法稱為模擬信號處理ASP。ASP的主要缺點(diǎn)是在做復(fù)雜信號處理時(shí)能力有限，這就造成了處理的不靈活和系統(tǒng)時(shí)間的復(fù)雜性。與ASP相對應(yīng)，數(shù)字信號處理DSP是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ迷O(shè)備以數(shù)值計(jì)算的方法對信號進(jìn)行采集、交換、綜合、估值與識別等加工處理，借以達(dá)到提取信息和便于利用的目的。它具有以下四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①用DSP方法的系統(tǒng)開發(fā)可以利用通用計(jì)算機(jī)上的軟件來進(jìn)行，因此DSP比較容易開發(fā)和測試，且軟件是可移植的。②DSP運(yùn)算只是單純地基于加法和乘法，這造就了特別穩(wěn)定的處理能力—如不易受溫度的影響。③DSP運(yùn)算可方便地作實(shí)時(shí)的修改，通常只要改變程序，或?qū)拇嫫髦匦录虞d。④由于超大規(guī)模集成電路VLSI的應(yīng)用而降低了存儲(chǔ)器、門、微處理器等的價(jià)格，DSP比較便宜。

DSP在雷達(dá)信號中的應(yīng)用

作為面向數(shù)字信號處理的可編程嵌入式處理器，DSP具有高速、靈活、可靠、可編程、低功耗、接口豐富、處理速度快、實(shí)時(shí)性好等特點(diǎn)。雷達(dá)信號處理系統(tǒng)所涉及的主要技術(shù)包括：數(shù)據(jù)重采樣、參數(shù)估計(jì)、自適應(yīng)濾波、恒虛警處理、脈沖壓縮、自適應(yīng)波束形成和旁瓣對消等，通常需要完成大量具有高度重復(fù)性的實(shí)時(shí)計(jì)算。DSP可以利用硬件算術(shù)單元、片內(nèi)存儲(chǔ)器、哈佛總線結(jié)構(gòu)、專用尋址單元、流水處理技術(shù)等特有的硬件結(jié)構(gòu)，高速完成FFT、FIR、復(fù)數(shù)乘加、相關(guān)、三角函數(shù)以及矩陣運(yùn)算等數(shù)字信號處理。因此，DSP非常適合雷達(dá)數(shù)字信號處理算法的實(shí)現(xiàn)。DSP在雷達(dá)信號處理器設(shè)計(jì)中具有很大的靈活性和適用范圍，它不僅增強(qiáng)了信號處理的速度和能力，大大提高了信號處理系統(tǒng)的性能指標(biāo)，而且適合多功能可編程并行處理和陳列處理，滿足高速并行處理的要求。

高適應(yīng)性和多功能是現(xiàn)在雷達(dá)系統(tǒng)所應(yīng)有的兩個(gè)基本特征，一方面要求雷達(dá)在復(fù)雜波環(huán)境下具有很高的檢測概率和很低的虛警率；另一方面要求雷達(dá)在相同的平臺上具有多功能，不但需要發(fā)現(xiàn)并測定目標(biāo)的位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，還要進(jìn)行分析處理，判定其屬性和威脅程度，進(jìn)行輔助決策，并將目標(biāo)信息直接傳遞給信息中心。因此，在現(xiàn)代雷達(dá)信號處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不僅要考慮運(yùn)算量、運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)傳輸速度、體積的要求，還要考慮系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、通用性、可擴(kuò)展性及其相關(guān)的技術(shù)。下面從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸與互連技術(shù)、存儲(chǔ)技術(shù)和軟件開發(fā)四個(gè)方面介紹DSP在雷達(dá)信號處理系統(tǒng)中的應(yīng)用。

現(xiàn)代雷達(dá)信號處理系統(tǒng)是典型的實(shí)時(shí)并行處理系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，多種模塊構(gòu)成一個(gè)通用硬件平臺，根據(jù)軟件雷達(dá)的思想，通過改變算法和軟件，使其適應(yīng)不同的工作環(huán)境和任務(wù)需要。由于多DPS處理模塊具有運(yùn)算密集、體積小、實(shí)時(shí)性好以及處理時(shí)間可嚴(yán)格預(yù)測等特點(diǎn)，通?？勺鳛橄到y(tǒng)的核心模塊。

數(shù)據(jù)傳輸與互連技術(shù)的選擇直接影響雷達(dá)信號處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)傳輸與互連技術(shù)隨著DPS芯片技術(shù)發(fā)展而逐步完善更新?lián)Q代。在此將相關(guān)技術(shù)分為4類：①基于高性能工作站或者分布式通用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的實(shí)時(shí)雷達(dá)信號處理器。②采用總線結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互是常見的一種數(shù)據(jù)傳輸與互連技術(shù)。③交叉開關(guān)數(shù)據(jù)傳輸與互連技術(shù)。④專用數(shù)據(jù)傳輸與互連技術(shù)。

雷達(dá)信號處理系統(tǒng)軟件開發(fā)不同于一般的軟件，其核心是基于DPS的嵌入式軟件，主要任務(wù)不是對數(shù)據(jù)執(zhí)行變換，而是在各種硬件設(shè)備上執(zhí)行相應(yīng)的算法，完成相應(yīng)的功能，而計(jì)算機(jī)僅僅提供人機(jī)交互界面，進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)控和顯示結(jié)果。這種軟件系統(tǒng)的開發(fā)采用了分層方法，把軟件分成底層軟件和頂層軟件兩個(gè)相對獨(dú)立的部分。這種層次化的軟件結(jié)構(gòu)，可以提高整個(gè)軟件系統(tǒng)的可維護(hù)性、可移植性；而且由于軟件開發(fā)人員只需要考慮自己層次的開發(fā)內(nèi)容，有效地提高了軟件代碼的開發(fā)效率。