Freescale16位DSP原理与开发技术

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出版者:第1版 (2006年3月1日)
作者:范寿康
出品人:
页数:331 页
译者:
出版时间:2006年3月1日
价格:32.00
装帧:平装
isbn号码:9787111184553
丛书系列:
图书标签:
  • DSP56F800
  • 1
  • Freescale
  • DSP
  • 16位
  • 原理
  • 开发
  • 技术
  • 嵌入式
  • 数字信号处理
  • 微处理器
  • 应用
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具体描述

本书是一部关于DSP原理与开发技术的理论专著,全书书介绍了Frescue(Motorola)16位DSP芯片的概况、内核与外围功能模块的结构、工作原理及使用;详细地讨论了该系列芯片的汇编语言及指令系统;重点讲述该系列芯片的开发方法。书中用较多的篇幅介绍开发该系列芯片的硬件平台和开发软件CodeWarrior及嵌入在CodeWarrior软件中不同版本配套使用的开发包SDK和PE;最后介绍了一个具体的使用实例。  本书介绍了Frescue(Motorola)16位DSP芯片的概况、内核与外围功能模块的结构、工作原理及使用;详细地讨论了该系列芯片的汇编语言及指令系统;重点讲述该系列芯片的开发方法。书中用较多的篇幅介绍开发该系列芯片的硬件平台和开发软件CodeWarrior及嵌入在CodeWarrior软件中不同版本配套使用的开发包SDK和PE;最后介绍了一个具体的使用实例。  本书介绍芯片开发方法的特点是从实例出发,帮助读者了解其中的操作和设定等。依照本书有关章节一步一步操作,读者就能初步掌握开发DSP的过程和方法。  本书可作为科技工作者和DSP应用开发人员的工作参考书,也可以作为高等学校有关专业的教学用书,书中编写的实验可供教学参考。

《嵌入式系统中的高性能数字信号处理》 本书深入探讨了嵌入式系统在数字信号处理(DSP)领域的先进应用与开发技术。随着物联网、智能家居、汽车电子以及工业自动化等领域的飞速发展,对实时、高效的信号处理能力需求日益增长。本书旨在为广大嵌入式系统工程师、硬件开发者以及相关专业学生提供一套系统、全面的DSP知识体系和实践指南,助您掌握在资源受限环境中实现高性能信号处理的关键技术。 核心内容概述: 本书从基础的数字信号处理理论出发,逐步深入到嵌入式DSP系统的设计、实现与优化。我们将重点关注现代嵌入式DSP处理器架构的特点,例如其特有的指令集、流水线技术、多核协同以及低功耗设计理念。 DSP理论基础与嵌入式映射: 尽管本书并非专注于某一款具体的DSP芯片,但其核心理论部分将涵盖离散时间信号处理、傅里叶变换、Z变换、滤波器设计(FIR、IIR)等DSP基础。更重要的是,我们将着重分析这些理论如何在嵌入式环境中得到高效实现,包括固定点和浮点运算的权衡、量化误差的分析与控制、以及算法向嵌入式硬件移植的策略。 嵌入式DSP处理器架构与选型: 我们将分析当前主流嵌入式DSP处理器的架构特征,包括其在指令集(SIMD、VLIW)、内存结构(DMA、缓存)、中断处理以及电源管理方面的设计,并提供一套实用的处理器选型指南,帮助读者根据应用需求选择最合适的DSP平台。 信号处理算法在嵌入式系统中的实现: 本书将重点介绍多种在嵌入式DSP系统中常见的信号处理算法,例如: 时域和频域分析算法: FFT(快速傅里叶变换)的快速实现、功率谱密度估计、相关性分析等。 滤波技术: 移动平均滤波器、陷波滤波器、自适应滤波器等在嵌入式系统中的高效实现方法。 调制解调与编码技术: 在通信系统、音频处理中常用的调制解调算法,以及数据压缩和错误校验编码。 图像和视频信号处理基础: 针对嵌入式视觉应用,介绍图像预处理(降噪、锐化)、特征提取(边缘检测、角点检测)以及简单的图像压缩算法。 嵌入式DSP开发流程与工具链: 从源代码编写、交叉编译、调试到最终的系统集成,本书将详细介绍完整的嵌入式DSP开发流程。我们将探讨各种开发工具链的使用,包括集成开发环境(IDE)、编译器、调试器(JTAG/SWD)、仿真器以及性能分析工具。 实时操作系统(RTOS)与DSP协同: 在复杂的嵌入式DSP应用中,RTOS扮演着至关重要的角色。本书将阐述如何在RTOS环境下进行DSP任务的设计与调度,包括多任务通信、同步机制、中断服务例程(ISR)的优化以及如何利用RTOS的调度策略实现高优先级信号处理任务的实时响应。 性能优化与功耗管理: 针对嵌入式系统资源有限的特点,本书将提供一系列的性能优化技术,包括: 算法级优化: 采用更高效的数学模型,简化计算复杂度。 代码级优化: 针对处理器架构进行汇编优化、循环展开、指令流水线利用等。 硬件加速: 利用DSP内置的硬件加速单元(如MAC单元、DMA控制器)提升运算速度。 低功耗设计: 探讨在保证性能的同时,如何通过时钟门控、动态电压频率调整(DVFS)等技术降低功耗。 案例分析与项目实践: 本书将通过一系列精心设计的案例,演示如何在实际应用中应用上述技术。例如: 嵌入式音频信号处理: 回声消除、噪声抑制、音频编解码。 嵌入式通信信号处理: 软件无线电(SDR)的基础模块、信道估计与均衡。 嵌入式传感器数据处理: 传感器信号滤波、特征提取与异常检测。 嵌入式机器视觉初步: 简单的目标检测与跟踪。 本书特色: 理论与实践并重: 既有扎实的理论基础,又强调实际开发中的应用技巧,提供可操作性的解决方案。 全面性: 覆盖了从基础理论到高级优化,从算法实现到系统集成的DSP开发全流程。 通用性: 专注于DSP技术的核心原理与通用方法,适用于多种嵌入式DSP平台,而非局限于特定硬件。 前沿性: 关注当前嵌入式DSP领域的热点技术和发展趋势。 易读性: 语言通俗易懂,图文并茂,便于读者理解和掌握。 无论您是初涉嵌入式DSP领域的开发者,还是希望提升DSP应用能力的技术人员,亦或是对嵌入式系统与数字信号处理交叉领域感兴趣的学生,本书都将是您不可或缺的学习资源。通过学习本书,您将能够独立设计、开发和优化高性能的嵌入式DSP系统,为您的项目带来革命性的性能提升。

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读后感

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用户评价

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翻开内页,首先映入眼帘的是那份对指令集的穷尽式梳理,这部分内容简直可以用“百科全书”来形容。很多DSP的书籍在介绍指令时,往往只挑出最常用的那几个进行讲解,留下大量的特殊指令和寻址模式在文档的角落里吃灰。这本书则不然,它对每一条汇编指令,包括那些用于快速傅里叶变换(FFT)和滤波操作的专用指令,都给出了清晰的语法、操作数限制以及最重要的——对执行周期和流水线影响的详细分析。我个人特别欣赏它在“数据寻址模式”上的讲解。Freescale 16位DSP的MAC(乘加)单元是其核心竞争力,而如何高效地喂数据给MAC单元,完全依赖于对零开销循环(Zero-Overhead Loop)和位反转寻址(Bit-Reversed Addressing)的掌握。书中不仅图文并茂地展示了这些寻址方式的硬件实现逻辑,还配上了C语言和汇编代码混合的示例,直观地展示了编译器生成的底层代码是如何优化数据流的。这使得我不再是被动地接受编译器生成的代码,而是能主动地去引导编译器生成更高效的机器码。读完这部分,我感觉自己像是拿到了一个黑盒内部的接线图,每一个时钟周期和每一个内存访问都变得透明可见,极大地提升了程序运行的效率和可预测性。

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这本书的封面设计得相当硬朗,那种带着工业气息的深蓝和银灰搭配,一下子就把人拉进了数字信号处理的严肃世界。我当初抱着试试看的心态买下它,主要是因为市面上关于Freescale(现在的NXP)16位DSP的资料实在太零散了,很多都是碎片化的技术文档。然而,拿到这本书后,我感到了一种久违的充实感。它不像某些教材那样只停留在理论的空中楼阁,而是非常务实地将DSP的底层架构和实际应用紧密结合。比如,它对中断向量表的解析,细致到每一个寄存器位的翻转对系统时序造成的影响,这一点对于做实时控制的工程师来说简直是救命稻草。我记得我当时正在为一个电机控制项目调试一个棘手的锁相环(PLL),卡在了时钟同步的细节上,翻阅书中关于时钟管理单元(CMU)的章节时,茅塞顿开。作者没有简单地描述“如何设置CMU”,而是深入剖析了晶振输入到内核时钟输出的整个路径,包括分频器、倍增器以及他们各自的误差范围。这种深度,在其他同类书籍中是极其罕见的。它更像是一本“故障排除手册”与“架构蓝图”的结合体,而不是一本泛泛而谈的入门指南。初学者可能会觉得开篇有些吃力,但对于有一定嵌入式基础,想要真正掌握这颗特定芯片精髓的工程师而言,这本书的价值是无可替代的。它构建了一个坚实的基础,让你能从“会用”进阶到“精通”的门槛。

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这本书的语言风格在严肃中带着一丝对“巧思”的赞赏。在讨论到DSP的并行处理能力时,作者用了大量的篇幅来阐述流水线技术(Pipelining)如何与分支预测机制协同工作,以最大化指令吞吐量。我尤其喜欢它在对比不同CPU架构(比如RISC与DSP的VLIW思想)时所采用的类比。它将DSP的超长指令字比喻成一个技艺精湛的工匠,一次性下达多条指令,而每条指令都精确地分配给不同的工具(ALU、MAC、寄存器堆)。这种生动的描述,帮助我迅速理解了为何在某些数学密集型运算中,DSP的效率能远超通用的微处理器。书中在介绍特定算法的硬件加速实现时,也体现了作者深厚的功底。它并没有直接给出成熟的算法库代码,而是引导读者一步步推导出如何用DSP的并行指令集来手工优化一个标准FIR滤波器。这种“授人以渔”的教学方式,培养了读者独立优化代码的能力,而不是仅仅依赖于现成的、可能不完全匹配特定硬件资源的库文件。整本书读下来,最大的收获是对于“时序敏感性”和“资源竞争”的敬畏之心,以及如何用精妙的汇编和寄存器操作去驾驭它们。

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这本书的论述风格极其严谨,学术气息浓厚,但又不失工程实践的接地气。它在介绍片上资源,例如ADC/DAC模块时,并未停留于简单的寄存器读写说明,而是深入到了采样定理在实际系统中的限制,以及如何通过硬件触发机制来避免量化噪声和时钟抖动对数据精度的影响。我记得我曾经为一个医疗设备的原型开发项目调试一个高精度信号采集前端,当时面临的最大挑战是如何在尽可能低的功耗下,保证16位数据的有效位宽。翻阅书中关于DMA(直接内存访问)控制器与定时器协同工作的章节,我找到了关键的线索。作者详尽地描述了如何配置多重缓冲(Ping-Pong Buffer)模式,并结合中断优先级,实现了一个无CPU干预的数据采集链路。这种“从需求倒推硬件配置”的叙述方式,对于解决实际工程中的“疑难杂症”非常有效。它不是简单地告诉你“这样设置可以工作”,而是告诉你“为什么这样设置是最佳实践,以及其他设置可能带来的潜在陷阱”。这种对底层原理的深度挖掘,使得这本书不仅仅是一本参考手册,更像是一本“DSP系统设计哲学”的探讨。

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我发现这本书在软件开发工具链和调试支持方面的内容处理得非常到位,这通常是很多理论书籍会忽略的薄弱环节。对于嵌入式开发人员来说,仿真和调试工具的好坏直接决定了开发效率。书中用相当篇幅详细解析了如何利用目标调试器(Target Debugger)配合JTAG接口,对DSP进行非侵入式的实时跟踪。它不仅仅是教你如何设置断点,更重要的是,它教会了你如何有效利用逻辑分析仪和示波器来验证DSP内部状态。例如,书中有一章专门讲解了如何通过监视特定内存区域的写入操作,来间接观察协处理器(如FFT加速器)的中间结果,这对于调试复杂的算法是至关重要的。此外,对于初学者常犯的堆栈溢出和数据段冲突问题,书中也提供了基于编译器地图文件(Linker Map File)的分析方法,教你如何通过解析内存分配表来定位资源争用。这种将硬件、固件和工具链无缝整合的讲解思路,极大地拓宽了我的调试视野,让我意识到,高效的DSP开发,一半靠代码,一半靠工具。

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