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摘 要：经济不断发展，现代社会信息化，我们的生活充斥着高科技电子产品。如今对电子设备更加快速精确运算的能力的需求与日俱增；而数字信号运算相对于模拟信号处理的天然优越性就是其快速精确可靠。由此催生出来了专用用于数字信号处理的DSP芯片，在其结合了可编程的FPGA器件作为外围扩展电路后，更加使其用于数字信号处理的特性发挥的淋漓尽致。
关键词：DSP芯片 FPGA 数字信号处理系统 设计
一、DSP技术概述
“DSP”是一个随着信息科学和计算技术的蓬勃发展而逐渐被人们广为讨论和一度追捧的热词，它的概念早已浸透到了电子信息、通信、无线电、电路与系统等众多高科技领域。DSP是“数字信号处理器”（Digital Signal Processor）的简称，即DSP芯片，这是一种专门为进行复杂的数字信号处理运算而开发研制的一类微处理器，是进行数字信号处理时所用的一类凸显其“高速稳定”特点的专用硬件微处理器。日常生活中我们总是将数字信号处理技术和进行数字信号处理的硬件芯片都混称作DSP，但是不影响我们的理解，因为两者是不可分割的统一整体，前者作为后者的技术支持和理论依据而存在，后者作为前者的技术实现和物理体现充斥在我们的电子产品中。
二、DSP技术优点
数字信号处理技术的优点来源于其本质，即对所需进行处理的一切信号进行数值上的运算，几乎所有的优点无不与此相关。相比于最早应用的且更容易为人理解的模拟信号处理方式，数字信号处理的流程显得更为曲折和繁多，下面我们就来探寻数字信号处理技术的优点。
1.高度灵活。数字信号处理的高度灵活特点是基于其“数字”的本质：处理的直接对象（输入信号）是数据，中间所进行的运算操作也是进行数字的代数分析，得出的结果（输出信号）也是数字。既然所依据的和所处理的都是数字信号，那么所设计构成的数字信号处理系统的性能便是由参数决定，升级数字信号处理系统的功能、提升数字信号处理系统的精度必然是依据这些可以人为设定的参数，这样的系统相比于那些依靠固定电器元件的连接而实现对模拟信号的直接处理有了更大的灵活性，高度灵活也使得数字信号处理系统更加具有适应性，可以应对不同环境、不同用户、不同工作要求，这些也仅仅是改变一些软件参数，不用改变固有的电气连接设置。
2.可靠耐用。同样是由于数字信号处理系统的实现是基于数值运算，并不是模拟信号的电气元件的模拟输出，故而只要数字信号处理系统的相关寄存器的参数保持对应环境所需要的数值不变，那么DSP芯片便可以稳定的按照编写好的程序运行而不发生紊乱对处理过程产生意想不到的结果，与之明显对比的模拟信号处理系统会由于电路元件连接断裂或者器件老化问题出现不可靠的问题。
3.高度集成。数字信号处理系统的原理本质不是基于电气元件的物理连接来达到对信号的处理，而是通常利用逻辑门单元处理逻辑状态，将任何的模拟信号转化为数字信号时，由于减少了体积和众多的模拟器件，故而数字信号处理系统具有天然的规范统一性，即可以大规模生产、高密度的集成在同一电路芯片上的目的。同时更是由于引入基于FPGA器件的外围支持的数字信号处理系统而使得不仅仅是核心微型化，连原来体积庞大的外围支持电路也变得迷你。数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等专用处理设备，在数字信号处理过程中具有抗干扰强、设备尺寸小、造价低、效率高、能耗低等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。如电视技术的发展，从模拟电视到数字高清、卫星直播，电视的质量、容量、时效性等性能都发生了质的变化，这些都是先进的数字信号处理技术与集成电路技术飞速发展的结果。
三、DSP技术实现
数字信号处理系统所完成的任务就是对来自上一级的数字信号进行规定的处理，这一任务的实现既是我们发挥数字信号处理相比于模拟信号处理的优势，又是我们运用创造性思维将复杂转化为简单的具体体现。DSP技术具体实现的方法由以下几种，但都是基于DSP的数值运算的本质所得出的。
1.软件编程。软件实现方式是按照我们研究的算法和理论通过编程的方式在通用计算机上实现数值运算——数字信号处理，此种方法并没有性能优良的专门用来进行数值运算的物理器件支持故而适用于对速度、精度要求不高的领域，而且运算的结果的可靠性往往依赖通用计算机的性能。但是软件实现方式的灵活性、可适应性是优越于其它方式的，不需要涉及固有器件的连接方式，仅仅是软件内容的修改，参数的设定就可以达到我们的要求，通常广泛的利用在研究领域中进行相关的仿真验证。
2.硬件连接。硬件实现方式是按照已经相对成熟的设计好的硬件电路，利用相关器件进行实际的物理连接，在此设备置出的输入端输入欲处理的数字信号，直接在输出端得到符合要求的信号。因为这种方式是基于固定的器件，所以免去了繁杂的软件编程的痛苦，又由于信号自然地在电路流程中顺序执行，因此实时处理，速度快，适用于那些对速度要求高的实时处理系统。同时，它的缺点也是显而易见的，固定好的电路器件焊接好后难以进行后期重组升级，因此不够灵活，难以移植，适合于模式固定的工业控制领域。
3.专用硬件上软件编程。随着科技进步和信息产业的升级发展，原有的在通用计算机上进行数字信号处理的模式远远不能满足人们对运算速度、精度的要求，而相关利用硬件实现的方式又不能满足升级更新需要的灵活性，一成不变绝对不能为这个为日新月异的时代所接受。因此催生出了专门用于数字信号处理的硬件芯片——DSP芯片。专用芯片区别于通用计算机的优点是可以专心做运算，同时配有专门的软件实现语言，增加了此种实现方法的灵活性，因此专用硬件上软件编程实现结合了上述两种实现的优点，既提高了速度又增加了可移植扩展性。
四、FPGA概述
FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列。它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它的出现是为了解决专用硬件芯片制作的高度集成电路中存在的难以灵活适应的难题，一定程度上，综合了硬件连接实现方式带来的运算高速实时的优点又克服了其自身难以扩展的难题。其实早就有将FPGA用于数字信号处理的尝试，如赛灵思公司（Xilinx）携手Eutecus公司在2008年慕尼黑国际电子元件博览会上展示了业内首个单片FPGA上的全面视频分析套件。这便是将单片上的FPGA用于数字信号处理从而实现图形图像处理的商业范例。为了发挥硬件的功效，外围硬件电路设计可以根据需要通过FPGA器件内部的逻辑块连接起来，就是将我们原来的DSP的外围电路都用FPGA内部资源统一实现，而后核心——DSP和外围电路综合体——FPGA都被嵌入在了一个“大的芯片”里。这样一个出厂后的DSP-FPGA的连接体芯片可以按照不同的设计要求通过编程来实现，省去了大量的手动拆卸电路器件的工作。这种交换是用复杂的编程工作来换不断简化的手工劳动，立足于如今数字化的信息社会，这种付出的代价是值得的，也是我们理应不断探索发掘的技术。
参考文献：
[1]洪剑锋，宋凤林，黄劭刚. 基于DSP-FPGA的永磁电机数字控制系统设計[J]. 组合机床与自动化加工技术，2015，（06）：96-100.
[2]Xilinx携手Eutecus展示可编程嵌入式视频分析平台[J]. 电视技术，2008，（12）：91.
作者简介：王瑞东（1996—）男。民族：汉，河北张家口人。河北农业大学本科生，目前从事电子信息工程专业的学习。齐婷婷（1995—）女。民族：汉，河北张家口人。河北师范大学本科生，目前从事数学与应用数学专业的学习。
关键词：DSP芯片 FPGA 数字信号处理系统 设计
一、DSP技术概述
“DSP”是一个随着信息科学和计算技术的蓬勃发展而逐渐被人们广为讨论和一度追捧的热词，它的概念早已浸透到了电子信息、通信、无线电、电路与系统等众多高科技领域。DSP是“数字信号处理器”（Digital Signal Processor）的简称，即DSP芯片，这是一种专门为进行复杂的数字信号处理运算而开发研制的一类微处理器，是进行数字信号处理时所用的一类凸显其“高速稳定”特点的专用硬件微处理器。日常生活中我们总是将数字信号处理技术和进行数字信号处理的硬件芯片都混称作DSP，但是不影响我们的理解，因为两者是不可分割的统一整体，前者作为后者的技术支持和理论依据而存在，后者作为前者的技术实现和物理体现充斥在我们的电子产品中。
二、DSP技术优点
数字信号处理技术的优点来源于其本质，即对所需进行处理的一切信号进行数值上的运算，几乎所有的优点无不与此相关。相比于最早应用的且更容易为人理解的模拟信号处理方式，数字信号处理的流程显得更为曲折和繁多，下面我们就来探寻数字信号处理技术的优点。
1.高度灵活。数字信号处理的高度灵活特点是基于其“数字”的本质：处理的直接对象（输入信号）是数据，中间所进行的运算操作也是进行数字的代数分析，得出的结果（输出信号）也是数字。既然所依据的和所处理的都是数字信号，那么所设计构成的数字信号处理系统的性能便是由参数决定，升级数字信号处理系统的功能、提升数字信号处理系统的精度必然是依据这些可以人为设定的参数，这样的系统相比于那些依靠固定电器元件的连接而实现对模拟信号的直接处理有了更大的灵活性，高度灵活也使得数字信号处理系统更加具有适应性，可以应对不同环境、不同用户、不同工作要求，这些也仅仅是改变一些软件参数，不用改变固有的电气连接设置。
2.可靠耐用。同样是由于数字信号处理系统的实现是基于数值运算，并不是模拟信号的电气元件的模拟输出，故而只要数字信号处理系统的相关寄存器的参数保持对应环境所需要的数值不变，那么DSP芯片便可以稳定的按照编写好的程序运行而不发生紊乱对处理过程产生意想不到的结果，与之明显对比的模拟信号处理系统会由于电路元件连接断裂或者器件老化问题出现不可靠的问题。
3.高度集成。数字信号处理系统的原理本质不是基于电气元件的物理连接来达到对信号的处理，而是通常利用逻辑门单元处理逻辑状态，将任何的模拟信号转化为数字信号时，由于减少了体积和众多的模拟器件，故而数字信号处理系统具有天然的规范统一性，即可以大规模生产、高密度的集成在同一电路芯片上的目的。同时更是由于引入基于FPGA器件的外围支持的数字信号处理系统而使得不仅仅是核心微型化，连原来体积庞大的外围支持电路也变得迷你。数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等专用处理设备，在数字信号处理过程中具有抗干扰强、设备尺寸小、造价低、效率高、能耗低等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。如电视技术的发展，从模拟电视到数字高清、卫星直播，电视的质量、容量、时效性等性能都发生了质的变化，这些都是先进的数字信号处理技术与集成电路技术飞速发展的结果。
三、DSP技术实现
数字信号处理系统所完成的任务就是对来自上一级的数字信号进行规定的处理，这一任务的实现既是我们发挥数字信号处理相比于模拟信号处理的优势，又是我们运用创造性思维将复杂转化为简单的具体体现。DSP技术具体实现的方法由以下几种，但都是基于DSP的数值运算的本质所得出的。
1.软件编程。软件实现方式是按照我们研究的算法和理论通过编程的方式在通用计算机上实现数值运算——数字信号处理，此种方法并没有性能优良的专门用来进行数值运算的物理器件支持故而适用于对速度、精度要求不高的领域，而且运算的结果的可靠性往往依赖通用计算机的性能。但是软件实现方式的灵活性、可适应性是优越于其它方式的，不需要涉及固有器件的连接方式，仅仅是软件内容的修改，参数的设定就可以达到我们的要求，通常广泛的利用在研究领域中进行相关的仿真验证。
2.硬件连接。硬件实现方式是按照已经相对成熟的设计好的硬件电路，利用相关器件进行实际的物理连接，在此设备置出的输入端输入欲处理的数字信号，直接在输出端得到符合要求的信号。因为这种方式是基于固定的器件，所以免去了繁杂的软件编程的痛苦，又由于信号自然地在电路流程中顺序执行，因此实时处理，速度快，适用于那些对速度要求高的实时处理系统。同时，它的缺点也是显而易见的，固定好的电路器件焊接好后难以进行后期重组升级，因此不够灵活，难以移植，适合于模式固定的工业控制领域。
3.专用硬件上软件编程。随着科技进步和信息产业的升级发展，原有的在通用计算机上进行数字信号处理的模式远远不能满足人们对运算速度、精度的要求，而相关利用硬件实现的方式又不能满足升级更新需要的灵活性，一成不变绝对不能为这个为日新月异的时代所接受。因此催生出了专门用于数字信号处理的硬件芯片——DSP芯片。专用芯片区别于通用计算机的优点是可以专心做运算，同时配有专门的软件实现语言，增加了此种实现方法的灵活性，因此专用硬件上软件编程实现结合了上述两种实现的优点，既提高了速度又增加了可移植扩展性。
四、FPGA概述
FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列。它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它的出现是为了解决专用硬件芯片制作的高度集成电路中存在的难以灵活适应的难题，一定程度上，综合了硬件连接实现方式带来的运算高速实时的优点又克服了其自身难以扩展的难题。其实早就有将FPGA用于数字信号处理的尝试，如赛灵思公司（Xilinx）携手Eutecus公司在2008年慕尼黑国际电子元件博览会上展示了业内首个单片FPGA上的全面视频分析套件。这便是将单片上的FPGA用于数字信号处理从而实现图形图像处理的商业范例。为了发挥硬件的功效，外围硬件电路设计可以根据需要通过FPGA器件内部的逻辑块连接起来，就是将我们原来的DSP的外围电路都用FPGA内部资源统一实现，而后核心——DSP和外围电路综合体——FPGA都被嵌入在了一个“大的芯片”里。这样一个出厂后的DSP-FPGA的连接体芯片可以按照不同的设计要求通过编程来实现，省去了大量的手动拆卸电路器件的工作。这种交换是用复杂的编程工作来换不断简化的手工劳动，立足于如今数字化的信息社会，这种付出的代价是值得的，也是我们理应不断探索发掘的技术。
参考文献：
[1]洪剑锋，宋凤林，黄劭刚. 基于DSP-FPGA的永磁电机数字控制系统设計[J]. 组合机床与自动化加工技术，2015，（06）：96-100.
[2]Xilinx携手Eutecus展示可编程嵌入式视频分析平台[J]. 电视技术，2008，（12）：91.
作者简介：王瑞东（1996—）男。民族：汉，河北张家口人。河北农业大学本科生，目前从事电子信息工程专业的学习。齐婷婷（1995—）女。民族：汉，河北张家口人。河北师范大学本科生，目前从事数学与应用数学专业的学习。