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出版者:北京航空航天大学出版社

作者:郑红

出品人:

页数:349

译者:

出版时间:2006-4

价格:29.50元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810777575

丛书系列:

图书标签:

• DSP
• 数字信号处理
• 应用系统
• 实践
• 嵌入式系统
• 算法实现
• 系统设计
• 工程实践
• 通信系统
• 实时系统

《嵌入式DSP系统从零到一：原理、开发与实战》 内容简介： 数字信号处理（DSP）作为现代电子信息技术的核心驱动力，其应用早已渗透到通信、音频、视频、医疗、工业自动化等诸多领域。本书旨在为读者提供一套系统、深入且极具实践性的DSP应用系统设计指南，从最基础的信号处理理论，到DSP芯片的硬件选型与开发环境搭建，再到复杂应用的软硬件协同设计与性能优化，力求帮助读者构建扎实的DSP系统设计能力，真正实现“从零到一”的飞跃。 本书特色与内容梗概： 本书不专注于某一种特定的DSP处理器，而是以一种通用的、面向工程实践的视角，深入浅出地阐述DSP应用系统的设计理念与关键技术。我们相信，理解底层原理与掌握通用开发流程，比仅仅学会某个具体芯片的指令集更为重要。因此，本书的内容将围绕以下几个核心模块展开： 第一部分：DSP系统设计基石——理论与方法论 在正式进入硬件与软件开发之前，扎实的理论基础是构建高效DSP系统的关键。本部分将重点讲解DSP系统中不可或缺的信号处理基础概念，并介绍系统设计的整体方法论。 数字信号处理基础回顾与升华： 我们将从傅里叶变换（FT）、离散傅里叶变换（DFT）以及快速傅里叶变换（FFT）的原理出发，详细解析其在信号分析中的作用，并引申到离散时间傅里叶变换（DTFT）等概念，为后续的滤波器设计和系统分析奠定基础。此外，还将深入讲解Z变换的理论，以及其在系统稳定性分析和离散系统建模中的应用。 采样定理与信号重建： 详细阐述奈奎斯特-香农采样定理，解释采样频率、信号带宽与失真之间的关系。我们将深入探讨过采样、欠采样及其在实际应用中的权衡，并介绍零阶保持、线性插值等信号重建技术。 滤波器设计理论与实践： 滤波是DSP中最核心的功能之一。本部分将详细介绍模拟滤波器（如Butterworth、Chebyshev、Elliptic）的基本设计原理，并重点阐述其在离散域的实现——数字滤波器。我们将深入讲解IIR（无限冲激响应）滤波器和FIR（有限冲激响应）滤波器的设计方法，包括窗函数法、频率采样法、最小二乘法等，并分析它们在性能（如阶数、线性相位、稳定性）上的差异与适用场景。 现代信号处理技术概览： 介绍一些更高级的信号处理技术，如自适应滤波（LMS、RLS算法）、小波变换在信号去噪和特征提取中的应用、谱估计方法（如AR模型、MUSIC算法）等，为读者打开更广阔的视野。 DSP系统设计流程与方法论： 梳理一套完整的DSP系统设计流程，从需求分析、系统架构设计、算法选择、硬件选型、软件开发、系统集成到测试验证，强调模块化设计、可重用性以及迭代优化的重要性。 第二部分：DSP硬件平台剖析与开发环境搭建 硬件是DSP系统得以运行的基础。本部分将带领读者深入了解DSP处理器的工作原理、关键架构以及开发所需软硬件环境的搭建。 DSP处理器核心架构解析： 讲解RISC、CISC与DSP指令集架构的异同，重点阐述DSP处理器特有的指令集，如MAC（乘加累加）指令、饱和运算、位反转指令等，以及这些指令如何高效实现信号处理算法。我们将讨论Harvard架构和Von Neumann架构在DSP中的应用，以及缓存、流水线等提高性能的技术。 DSP硬件选型与考量： 提供一套选型指南，帮助读者根据项目需求（如运算能力、功耗、接口类型、成本）选择合适的DSP芯片。我们将介绍主流DSP厂商（如TI、ADI、NXP等）的代表性产品系列，并分析不同系列在性能和特性上的侧重点。 DSP开发板与评估板的利用： 介绍各类DSP开发板和评估板的组成结构、功能接口，以及如何利用它们进行快速原型开发和算法验证。 集成开发环境（IDE）与工具链： 详细介绍常用的DSP IDE（如Code Composer Studio, IAR Embedded Workbench等）的功能，包括代码编辑、编译、调试、性能分析等。讲解交叉编译工具链的工作原理，以及如何配置和使用。 仿真器与调试器： 讲解JTAG、SWD等硬件调试接口的作用，以及如何使用仿真器进行在线调试、断点设置、内存查看、寄存器分析等，这是DSP系统开发中不可或缺的环节。 第三部分：DSP软件开发与算法实现 理论与硬件基础奠定后，本部分将重点关注DSP软件的开发，包括算法的高效实现、底层驱动开发以及与操作系统的协同。 DSP算法的C/C++实现： 讲解如何使用C/C++语言高效地实现各种DSP算法，强调代码的效率、可读性和可移植性。我们将重点讨论循环优化、查表法、流水线技术等优化手段。 汇编语言与内嵌汇编的优化： 在追求极致性能的场景下，汇编语言仍然具有不可替代的作用。本部分将讲解DSP特有的汇编指令，以及如何在C/C++代码中嵌入汇编，实现关键算法段的加速。 DSP的硬件加速器利用： 许多DSP芯片集成了DMA控制器、硬件定时器、片上外设（如ADC/DAC、Timer、UART、SPI、I2C等）以及专用的硬件加速单元（如FFT单元、Viterbi解码器等）。我们将详细讲解如何编程利用这些硬件资源，最大限度地提升系统性能。 实时操作系统（RTOS）在DSP系统中的应用： 介绍RTOS（如FreeRTOS, RTEMS等）的基本概念、任务调度、同步互斥机制、中断处理等，以及如何在DSP项目中引入RTOS，实现多任务并发处理、提高系统的实时性和可靠性。 驱动程序开发与HAL（硬件抽象层）设计： 讲解如何编写与DSP硬件紧密相关的驱动程序，为上层应用提供统一的接口。介绍HAL的设计理念，以提高代码的可移植性。 DSP性能分析与优化： 介绍如何使用性能分析工具（如CPU周期计数器、示波器、逻辑分析仪）来识别系统瓶颈，并提供多种优化策略，包括算法优化、代码优化、硬件加速利用、中断管理优化等，确保DSP系统达到最佳性能。 第四部分：DSP应用系统实战案例 理论联系实际，通过具体的项目实战，帮助读者将所学知识融会贯通，掌握完整的DSP应用系统设计流程。 案例一：音频信号处理系统（如降噪、回声消除）： 需求分析： 确定音频处理系统的具体功能，如实时降噪、回声消除等。 算法选型与实现： 讲解如谱减法、维纳滤波在降噪中的应用，以及AEC（声学回声消除）算法的原理与实现。 硬件平台搭建： 选择合适的DSP开发板，配置ADC/DAC接口，连接麦克风和扬声器。 软件开发与集成： 编写音频采集、处理、输出的驱动和应用层代码，考虑实时性要求。 系统调试与性能评估： 进行实际音频处理效果的测试，并对系统的延迟、功耗、处理能力进行评估。 案例二：通信信号调制解调系统（如ASK/FSK）： 需求分析： 设计一个简单的数字通信调制解调系统。 信号处理算法： 讲解ASK（幅度键控）和FSK（频率键控）的调制与解调原理，以及如何利用DSP实现。 软件仿真与硬件实现： 首先在PC端进行算法仿真验证，然后移植到DSP平台。 数据同步与误码率分析： 讨论数据同步技术，并设计误码率测试流程。 案例三：图像/视觉信号处理初步（如边缘检测、滤波）： 需求分析： 实现基础的图像处理功能。 算法实现： 讲解Sobel、Prewitt算子在边缘检测中的应用，以及高斯滤波、中值滤波在图像去噪中的作用。 数据格式与传输： 讨论图像数据的表示方式（如RGB、YUV），以及如何将图像数据传入DSP进行处理。 硬件接口： 考虑如何通过摄像头接口或外部存储器读取图像数据。 第五部分：DSP系统进阶与前沿展望 在掌握了基础的DSP系统设计后，本部分将探讨更高级的主题，为读者未来的学习和职业发展提供方向。 DSP与FPGA/ASIC的协同设计： 讨论如何将DSP与FPGA或ASIC结合，实现更复杂的系统功能，如加速计算、硬核集成等。 嵌入式AI在DSP中的应用： 介绍如何在DSP平台上部署轻量级的机器学习模型，实现智能化的信号处理功能。 低功耗DSP系统设计： 探讨在移动设备、物联网等领域，如何设计低功耗DSP系统，延长电池续航。 DSP系统安全性探讨： 简要提及DSP系统在安全性方面的考量，如固件保护、数据加密等。 未来DSP技术发展趋势： 展望DSP领域的新技术和新方向，如高性能计算、异构计算、新型DSP架构等。 本书的目标读者： 本书适合以下读者群体： 电子工程、通信工程、计算机科学等专业的在校学生： 作为DSP课程的补充教材或自主学习的参考书，帮助学生建立扎实的理论基础和实践能力。 嵌入式系统开发工程师： 希望将DSP技术引入现有项目，或提升DSP系统开发技能的工程师。 信号处理算法研究人员： 需要将算法快速原型化并部署到实际硬件上的研究人员。 对DSP技术感兴趣的爱好者： 希望系统学习DSP原理并进行DIY项目的技术爱好者。 结语： DSP技术日新月异，其应用场景也日益广泛。本书秉持“理论为骨，实践为翼”的理念，力求以清晰的逻辑、详实的讲解和生动的案例，带领读者踏上DSP应用系统设计的精彩旅程。我们相信，通过本书的学习，您将能够自信地面对各类DSP项目挑战，并在这个充满活力的技术领域中找到属于自己的位置。

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我之前尝试过几本关于嵌入式信号处理的书籍，但大多流于理论的堆砌，或者过于侧重于某个特定的应用领域，缺乏通用性和适应性。而这本《DSP应用系统设计实践》的独特之处在于其强大的“通用工具箱”属性。书中对于C语言在DSP编程中的高级应用，如指针运算的优化技巧、内存访问模式的改进，都有深入的探讨。例如，在描述DMA（直接存储器访问）的使用场景时，作者没有泛泛而谈，而是通过一个连续数据流采样的例子，详细对比了CPU主动轮询和DMA被动传输在CPU占用率上的巨大差异，并给出了配置DMA控制寄存器的详细步骤，甚至连错误代码的排查思路都给考虑进去了。这种对细节的执着，使得这本书的实用性大大增强。我发现自己不再需要频繁地去查阅芯片手册中那些晦涩难懂的寄存器描述，因为书中的注解已经将最核心的配置逻辑提炼了出来。此外，书中对并行处理和流水线技术的阐述，也清晰地指明了如何最大限度地榨干DSP芯片的计算潜力，这对于追求极致性能的音频或图像处理项目来说，是至关重要的知识点。

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我不得不说，这本书在内容深度和广度上的平衡拿捏得相当精妙，特别是它对不同DSP芯片架构的兼容性描述，体现了作者深厚的行业积累。不同于市面上很多只聚焦于某一款特定芯片系列的书籍，这本书似乎更着眼于“思想”的传授而非“按键”的堆砌。当我读到关于中断服务程序（ISR）设计那一章时，那种豁然开朗的感觉难以言喻。作者并没有采用那种枯燥的流程图描述，而是通过一个模拟的音频处理场景，一步步展示了如何设计一个高效、低延迟的ISR，同时还贴心地指出了几种常见的ISR设计陷阱，比如“过长的ISR”和“错误的临界区保护”。更让我欣赏的是，书中对底层寄存器操作的讲解，虽然深入，但绝不晦涩。它会先解释为什么需要配置这个寄存器（从系统目标出发），然后才展示具体的位域操作。这种“Why-How-What”的叙述逻辑，极大地提升了读者的理解效率。此外，书中穿插的若干个小型项目案例，虽然规模不大，但五脏俱全，涵盖了信号采集、预处理、核心算法执行到结果输出的全流程，这种结构化的实践案例，对于巩固理论知识有着无可替代的作用。这本书真正做到了“授人以渔”，它教会我的不是固定的代码片段，而是一套应对未知DSP设计挑战的方法论。

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这本书的整体阅读体验非常流畅，它成功地将抽象的数字信号处理概念与具体的硬件实现细节无缝对接，这对于培养一个全面的系统级工程师是至关重要的。特别值得一提的是书中对于调试和验证方法的介绍。在实际的DSP开发中，硬件调试往往是耗时最长、最令人沮丧的环节。这本书专门开辟了一个章节讨论如何利用JTAG/Lauterbach等工具进行高效调试，并且给出了几种常见的“挂起分析”技巧，比如如何捕捉到瞬间的溢出错误，或者如何定位一个随机出现的死锁问题。这些经验之谈，是任何标准教程中都难以找到的“隐藏宝藏”。此外，书中对软件架构和模块化设计的讨论，也让我受益匪浅。它倡导一种清晰、可维护的代码结构，避免了传统嵌入式项目中常见的“意大利面条式代码”。作者提出的抽象层级划分，使得不同专业背景的团队成员（比如软件工程师和硬件工程师）能够更有效地协同工作。这本书不仅仅教会了如何让算法跑起来，更重要的是，它教会了如何构建一个健壮、易于维护、且具备良好性能扩展能力的DSP应用系统。这是一本真正能够提升个人工程素养的力作。

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这本《DSP应用系统设计实践》的封面设计着实抓人眼球，那种深邃的蓝色调配上简洁的电路图线条，立马就让人感受到一种专业与严谨的气息。我当初挑选这本书，很大程度上就是被这种视觉冲击力所吸引的。拿到手后，迫不及待地翻阅起来，发现排版非常清晰，即便是初次接触DSP领域的读者，也能很快找到重点。书中对于基础概念的阐述，像是把复杂的理论掰开了揉碎了，用最直白的语言呈现在我们面前。特别是关于固定点和浮点数运算的对比分析，写得尤为透彻，很多教科书上含糊其辞的地方，在这里都得到了详尽的解释和实例支撑。作者似乎深谙读者的痛点，总能在关键时刻提供恰到好处的工程实践建议。比如，在讨论如何优化滤波器系数时，不仅仅停留在数学公式层面，而是结合实际硬件资源的限制，给出了多种权衡利弊的方案，这一点对于我们这些在实际项目中摸爬滚打的人来说，简直是如获至宝。我个人对书中关于实时性指标的讨论印象深刻，它不仅仅是告诉你“要快”，而是教你如何去量化“快”以及如何通过代码结构和硬件配置来实现这种快，这种系统级的思维方式，是很多纯理论书籍所缺乏的。总而言之，这本书的开篇布局和内容引导，成功地为接下来的深入学习打下了坚实的基础，让人对后续章节充满期待，觉得这绝不是一本“只看不练”的参考书，而是一本可以伴随项目始终的实战指南。

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这本书的章节组织结构非常具有逻辑层次感，从宏观到微观，层层递进，读起来完全没有跳跃感。我特别关注了关于数字滤波器设计与实现的章节，通常这部分内容是理论与实践脱节的重灾区。然而，这本书的处理方式非常巧妙。它首先用清晰的数学推导介绍了IIR和FIR滤波器的基本原理和性能差异，接着便迅速切换到定点DSP中的量化噪声分析，这一点非常关键，因为在实际嵌入式系统中，量化误差往往是性能瓶颈的源头。最让我印象深刻的是，作者提供了一个关于滤波器系数存储和查找表的优化策略。他详细对比了表查找法与直接计算法的性能差异，并根据不同运算量的需求给出了明确的建议。这种务实的态度贯穿全书，让你感觉作者就像一位在你身边的资深工程师，随时准备为你扫清障碍。阅读过程中，我发现书中引用的参考文献和标准都非常新颖和权威，这为书中内容的可靠性提供了有力保障。这使得这本书不仅仅是一本教材，更像是一本经过时间检验的、高标准的工程手册。对于那些需要快速将理论转化为实际产品功能的工程师来说，这本书的参考价值是极高的，它极大地缩短了从概念到样机的距离。

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