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出版者:清华大学

作者:汪安民

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页数:393

译者:

出版时间:2007-1

价格:36.00元

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isbn号码:9787302133186

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芯片级数字信号处理系统设计与应用 一部深入理解现代嵌入式系统与实时计算核心技术的权威指南 本书聚焦于当前主流的数字信号处理器（DSP）架构，特别是那些在高性能、低功耗嵌入式系统中占据核心地位的系列。它不仅仅是一本针对特定芯片系列的手册汇编，更是一部系统阐述如何将理论数学模型转化为高效、可靠的硬件实现方案的工程实践宝典。本书旨在为电子工程师、嵌入式系统开发者、信号处理算法研究人员，以及希望深入掌握实时系统底层优化技巧的专业人士，提供一套完整、严谨的技术进阶路径。 第一部分：DSP硬件架构与内核剖析 本部分将从最底层的硬件结构入手，为读者构建起对现代高性能DSP芯片的整体认知框架。我们将详尽分析复杂指令集（CISC）与精简指令集（RISC）的混合架构在DSP中的具体实现，以及如何通过这些独特的架构设计来满足实时信号处理对吞吐量的苛璨要求。 1.1 核心处理单元（CPU Core）的演进与设计哲学 哈佛与冯·诺依曼架构的融合与取舍： 深入探讨如何通过分离的数据总线和程序总线（哈佛结构）来最大化指令和数据访问的并行性。分析在不同应用场景下，指令缓存（ICache）与数据缓存（DCache）的组织方式对系统性能的影响。 超长指令字（VLIW）与流水线深度优化： 详细解析VLIW技术如何通过编译器预先调度指令集，以达到指令级并行（ILP）的最大化。探讨多级流水线（如5级、7级甚至更深）的结构，以及分支预测机制在降低流水线“气泡”和维持高MIPS/DMIPS性能中的关键作用。 专用硬件加速器（MAC单元与ALU）： 深入剖析乘加（MAC）单元的设计原理，包括其精度、饱和处理机制和零开销循环（Zero-Overhead Looping）的支持。这是DSP实现FIR/IIR滤波、FFT等核心运算的基石。 1.2 内存体系结构与总线仲裁 多级存储层次结构： 区分片上高速SRAM（如零等待状态的L0/L1缓存）、片上程序/数据存储器（PSRAM/DSRAM）以及外部高速DRAM（如DDR/SDRAM）的映射与访问时序。 DMA控制器（Direct Memory Access）： 阐述DMA在卸载CPU负荷中的关键角色。详细介绍DMA通道的配置、传输模式（如突发模式、单次模式）以及如何通过链式描述符（Descriptor Chaining）实现复杂的数据块传输而无需CPU干预。 片内总线矩阵与仲裁策略： 分析复杂的片内互连网络（如Crossbar Switch）的设计，确保多个并发请求者（如多个DSP核、外设、DMA）对共享资源的访问公平性和效率。 第二部分：实时操作系统与软件栈构建 现代嵌入式DSP应用往往需要运行复杂的任务调度和通信协议。本部分将重点介绍如何构建一个稳定、高效、低延迟的软件运行环境。 2.1 实时操作系统（RTOS）的选型与内核调优 确定性与可预测性： 阐述实时系统对“截止时间”（Deadline）的绝对要求，并对比不同RTOS内核（如基于优先级的抢占式内核、微内核）在调度延迟、上下文切换开销上的表现。 中断服务程序（ISR）的优化与限制： 讨论ISR的设计原则，包括最小化ISR执行时间、如何安全地将处理任务下放给高优先级任务，以及避免ISR中引入的阻塞调用。 同步机制与竞态条件避免： 深入分析信号量（Semaphore）、互斥锁（Mutex）、消息队列（Message Queue）等同步原语在多核/多任务DSP环境下的正确使用，以及如何识别和解决死锁（Deadlock）问题。 2.2 编译器、汇编器与底层库的协同优化 编译器优化级别与指令选择： 讲解不同编译选项（如`-O3`, `-Os`）对生成代码的影响。重点分析编译器如何自动利用DSP的并行处理单元（如SIMD指令集）进行向量化。 内联汇编（Inline Assembly）的艺术： 教授如何在C/C++代码中嵌入高度定制化的汇编指令，以实现编译器无法自动完成的极致性能优化，例如特定的寄存器操作序列和位操作技巧。 数学库（Math Libraries）的内部机制： 解析DSP厂商提供的固定点（Fixed-Point）和浮点（Floating-Point）数学库中的核心算法实现，如快速傅里叶变换（FFT）的蝶形运算优化和数值稳定性考量。 第三部分：外设交互与高性能数据流管理 DSP的价值在于其强大的I/O处理能力。本部分将详细介绍如何高效地将外部世界的数据引入系统并进行实时处理。 3.1 高速串行接口与数据采集 SPI/I2C/UART的高级应用： 不仅限于基础配置，更关注如何配置这些接口以实现高速数据吞吐，例如在SPI中利用DMA进行连续的数据块传输。 模数/数模转换器（ADC/DAC）的同步与触发机制： 讲解如何精确同步多通道ADC的采样时刻，利用硬件触发器启动转换序列，以及配置过采样（Oversampling）和抗混叠滤波器的最佳实践。 高速网络接口（如Ethernet MAC/TCP/IP堆栈集成）： 讨论DSP如何充当网络节点，如何在DMA的辅助下高效地处理MAC层和IP层的数据包，保证音视频流的实时性。 3.2 周期性任务与时钟域同步 定时器与脉冲宽度调制（PWM）： 深入探讨高分辨率定时器的编程，以及如何利用其精确控制电机驱动、功率转换等应用中的PWM波形生成。 系统时钟与PLL配置： 分析锁相环（PLL）倍频和分频的设置，确保系统频率稳定，并理解系统时钟与外设时钟之间的隔离与同步要求，以避免亚稳态。 第四部分：应用实例与系统级调试 本部分将理论与实践相结合，通过真实的工程案例展示如何进行系统集成和故障排除。 4.1 滤波器组与自适应算法的实现 固定点数制（Fixed-Point）的溢出与截断分析： 详细介绍在资源受限的DSP上，如何管理数字增益和信号幅度，避免量化噪声的累积和信号饱和。 自适应算法（如LMS/RLS）的收敛性与计算负荷分析： 展示如何在实时约束下，平衡算法的复杂度与跟踪速度。 4.2 调试、仿真与性能度量 硬件在环（HIL）与软件在环（SIL）仿真流程： 介绍如何使用仿真工具链（如JTAG/CDB）进行断点调试、寄存器观察和内存跟踪。 性能瓶颈分析工具： 重点介绍如何使用DSP自带的性能分析单元（如周期计数器、事件计数器）来精确测量函数调用时间、Cache命中率，从而定位代码中的热点区域。 本书致力于提供一个全面且深入的技术视角，帮助读者超越基础编程层面，掌握设计、实现和优化高性能嵌入式信号处理系统的核心技能。读者将获得构建下一代实时嵌入式解决方案所需的理论深度和工程实用性知识。

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读完《TMS320C54xx DSP实用技术》，我最大的感受是这本书“接地气”。它不是那种只讲理论、不谈实践的书，而是真正从工程师的角度出发，解决了我们在实际应用中遇到的各种问题。书中对于C54xx的各种外设接口，如UART、SPI、I2C等，都进行了非常详细的介绍，并且提供了丰富的实例代码。我记得书中在讲解ADC和DAC的使用时，详细阐述了采样率、量化精度等参数的设置，以及如何通过软件进行校准，这对于需要进行高精度数据采集和输出的应用非常有帮助。另外，书中还深入探讨了C54xx的调试技术，包括JTAG接口的使用、仿真器的工作原理，以及如何利用示波器和逻辑分析仪来排查软硬件问题，这对于任何一个DSP工程师来说，都是必备的技能。这本书的内容详实，结构清晰，即使遇到难题，也能在书中找到解决方案。

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《TMS320C54xx DSP实用技术》这本书，绝对是我近年来阅读过的技术书籍中最具价值的一本。它以C54xx系列DSP为载体，生动地展现了数字信号处理的魅力。书中对于DSP指令的精妙运用，以及如何通过巧妙的算法设计，最大限度地发挥DSP的性能，给我留下了深刻的印象。我尤其欣赏书中在讲解数字滤波器设计时，不仅仅停留在理论层面，而是深入到C54xx的硬件架构，给出了具体的指令序列和代码优化方案，这使得理论能够转化为实际的性能提升。书中还涵盖了大量的实际应用案例，例如语音编码、图像压缩、以及电机控制等，这些案例不仅拓宽了我的视野，也为我提供了宝贵的开发思路。总而言之，这本书是理解和掌握C54xx DSP技术的一本不可多得的参考书，它将理论与实践完美融合，为DSP工程师的成长提供了坚实的支撑。

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作为一名在数字信号处理领域摸爬滚打多年的工程师，最近有幸拜读了《TMS320C54xx DSP实用技术》一书，可以说是受益匪浅。这本书最让我印象深刻的是，它并非泛泛而谈，而是深入到C54xx系列DSP的每一个细枝末节，从指令集架构到外设接口，再到各种高级应用，都进行了详尽的阐述。我尤其喜欢书中对中断处理机制的讲解，将复杂的概念通过清晰的流程图和汇编代码示例，变得一目了然。书中提供的各种实用代码片段，更是极大地简化了我后续的项目开发过程，让我在面对繁琐的底层编程时，能够事半功倍。不得不提的是，作者在讲解滤波器设计时，不仅给出了理论公式，还结合C54xx的特点，给出了具体的实现思路和优化技巧，这对于我们这些需要将理论付诸实践的工程师来说，是无价之宝。书中还涵盖了声音和图像信号的处理，让我对DSP在多媒体领域的应用有了更深的理解，也激发了我进一步探索的兴趣。总而言之，这本书是一本集理论深度与实践指导于一体的优秀著作，强烈推荐给所有对C54xx DSP感兴趣的技术人员。

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说实话，一开始拿到《TMS320C54xx DSP实用技术》这本书，我并没有抱太大的期望，以为又是一本堆砌概念、脱离实际的“教科书”。然而，当我翻开第一页，就被作者的写作风格深深吸引了。他用一种极其平实、贴近工程实际的语言，娓娓道来，仿佛一位经验丰富的老前辈在手把手地教导我。书中对于C54xx系列DSP的各个方面，都进行了非常细致的剖析，例如内存结构、寻址模式、以及各种数据类型的使用，都讲得非常透彻。我特别欣赏书中在讲解DMA控制器时，提供的多个典型应用场景，比如高效的数据传输和中断响应，这让我对DMA的强大功能有了全新的认识。此外，书中还详细介绍了C54xx的功耗管理特性，这对于开发低功耗嵌入式系统至关重要，我从中学习到了很多关于如何优化代码以降低功耗的宝贵经验。整本书的逻辑性非常强，章节之间的衔接自然流畅，即使是初学者，也能在作者的引导下，逐步掌握DSP的核心技术。

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作为一名在通信领域工作的技术人员，《TMS320C54xx DSP实用技术》这本书对我来说，简直是一场及时雨。过去，我们在开发基带信号处理算法时，常常会遇到性能瓶颈，而C54xx系列DSP正是解决这类问题的利器。书中对于DSP的并行处理能力，以及如何充分利用其MAC单元和流水线架构，进行了深入的探讨。我尤其关注书中关于快速傅里叶变换（FFT）算法在C54xx上的高效实现方法，这对于通信系统中的频谱分析和调制解调至关重要。作者不仅给出了C语言的实现代码，还对其进行了汇编层面的优化，这使得我能够直接借鉴其成果，大大缩短了开发周期。此外，书中还涉及了数字滤波器设计中的一些高级主题，例如自适应滤波器和限带滤波器的实现，这为我们处理更复杂的信号场景提供了理论和实践指导。这本书的价值在于，它将DSP的理论知识与具体的硬件平台紧密结合，为我们提供了切实可行的解决方案。

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