高速DSP原理、应用与实验教程(高等院校电子信息与电气学科特色教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李海森，李思纯，周天 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302197539

商品编码：29692584714

包装：平装

出版时间：2009-05-01

基本信息

书名:高速DSP原理、应用与实验教程(高等院校电子信息与电气学科特色教材)

：32.00元

售价：21.8元,便宜10.2元,折扣68

作者:李海森,李思纯,周天

出版社：清华大学出版社

出版日期：2009-05-01

ISBN：9787302197539

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

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编辑推荐

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内容提要

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美国德州仪器（TI）公司的数字信号处理器（DSP）自从20世纪80年代初问世以来，以其独特的体系结构、灵活的资源配置方式、快速实现各种数字信号处理和精密控制算法的突出优点成为全球市场占有率高的主流产品。本书以TI公司三个主推DSP系列产品之一的C2XXX定点芯片为核心，系统地论述其结构组成原理、工程应用和验证实验，并配合一定的思考与练习题。
　　本书适合于从事TIDSP研究和开发的电气工程和电子信息类学科等的高年级本科生或研究生，以及业界的工师和其他专业相关人员参考。

目录

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原理篇
　章 绪论
　　1.1 数字信号处理系统概述
　　1.2 数字信号处理实现技术途径
　　　1.2.1 什么是DSP
　　　1.2.2 数字信号处理的实现方法
　　1.3 DSP芯片的发展现状与趋势
　　　1.3.1 什么是DSP芯片
　　　1.3.2 DSP、DSP芯片与DSPS
　　　1.3.3 DSP芯片的产生与主要生产厂商
　　　1.3.4 DSP芯片的发展趋势
　　1.4 DSP芯片的分类
　　1.5 DSP芯片的应用
　　1.6 TMS320C2XXDSP的主要特点
　　　1.6.1 TMS320系列
　　　1.6.2 TMS320C2XX的主要特点
　　本章思考题
　第2章 C2XX硬件组成与体系结构
　　2.1 概述
　　2.2 C2XX的硬件组成
　　　2.2.1 中央处理单元（CPU）
　　　2.2.2 存储器和I／O空间
　　　2.2.3 片内外围
　　2.3 C2XX的总线结构
　　2.4 引脚和信号说明
　　　2.4.1 逻辑扫描电路
　　　2.4.2 C203和F206芯片的封装
　　　2.4.3 C203和F206信号描述
　　本章思考题
　第3章 C2XX中央处理单元与程序控制
　　3.1 概述
　　3.2 输入定标部分
　　3.3 乘法部分
　　　3.3.1 乘法器
　　　3.3.2 乘积定标移位器
　　3.4 中央算术逻辑部分
　　　3.4.1 中央算术逻辑单元（CALU）
　　　3.4.2 累加器
　　　3.4.3 输出数据定标移位器
　　3.5 辅助寄存器与状态寄存器
　　　3.5.1 ARAU和辅助寄存器功能　　
　　　3.5.2 状态寄存器ST。和ST1
　　3.6 程序地址生成与流水线
　　　3.6.1 程序计数器（PC）
　　　3.6.2 堆栈（STACK）
　　　3.6.3 微堆栈（MSTACK）
　　　3.6.4 流水线操作
　　3.7 转移、调用和返回
　　　3.7.1 无条件转移、调用及返回
　　　3.7.2 有条件转移、调用和返回
　　3.8 重复指令
　　3.9 中断与中断管理
　　　3.9.1 中断操作的三个阶段
　　　3.9.2 中断表
　　　3.9.3 可屏蔽中断
　　　3.9.4 中断标志寄存器（IFR）
　　　3.9.5 中断屏蔽寄存器（IMR）
　　　3.9.6 中断控制寄存器（ICR）
　　　3.9.7 非屏蔽中断
　　　3.9.8 中断服务程序（ISR）
　　　3.9.9 中断等待时间
　　3.10 复位操作
　　3.11 节能方式
　　本章思考题
　第4章 C2XX存储空间与I／O空间
　　4.1 概述
　　4.2 存储器和I／O空间概况
　　4.3 程序存储器
　　4.4 数据存储器
　……
　第5章 C2XX片内外设接口
　第6章 C2XX寻址试试和指令系统
应用篇
第7章 系统硬件应用
第8章 系统软件应用
第9章 定点DSP数据格式及定标技术
0章 C2XX DSP开发工具与实验平台
1章 DSP专门实验
附录 习题参考答案
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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深入解析高速数字信号处理的奥秘：原理、实践与前沿应用 数字信号处理（DSP）技术是现代电子信息科学的基石，尤其在通信、雷达、图像处理、医疗仪器以及工业自动化等领域，高速DSP的应用更是扮演着至关重要的角色。随着信息时代的飞速发展，数据量的爆炸式增长以及对实时性要求的不断提升，对信号处理速度和效率的需求也日益迫切。本书旨在为读者提供一个全面、深入且兼具实践性的学习平台，引领大家探索高速DSP世界的广阔天地。 本书内容涵盖了高速DSP的核心理论、关键技术、典型算法实现以及前沿应用，特别关注将理论知识与实际工程应用相结合。我们不只是在纸上谈兵，更注重培养读者解决实际问题的能力，通过大量的案例分析和实验指导，帮助读者将所学知识融会贯通，并能独立完成复杂的DSP系统设计与开发。 第一部分：高速DSP基础理论与核心概念 本部分将为您奠定坚实的高速DSP理论基础。我们将从数字信号的本质出发，深入剖析采样定理、量化噪声、奈奎斯特率等基本概念，并在此基础上，重点讲解傅里叶变换（DFT）、快速傅里叶变换（FFT）及其在信号分析中的核心地位。您将理解不同频率成分如何影响信号特性，以及为何FFT如此高效。 随后，我们将深入探讨数字滤波器设计。从经典的FIR（有限冲激响应）和IIR（无限冲激响应）滤波器理论入手，详细讲解它们的数学模型、设计方法（如窗函数法、频率采样法、Parks-McClellan算法等）以及各自的优缺点。我们将特别关注在高速应用场景下，滤波器设计的关键考量因素，如计算复杂度、延迟、稳定性以及对硬件资源的消耗。您将学会如何根据具体需求选择和设计最适合的滤波器。 此外，本部分还将介绍现代DSP系统中至关重要的部分——自适应信号处理。我们将讲解最小均方（LMS）算法、归一化最小均方（NLMS）算法等经典自适应算法，并探讨它们在噪声消除、回声抑制、均衡等方面的应用。理解自适应滤波器的动态调整能力，对于应对时变信号和复杂环境至关重要。 第二部分：高速DSP关键技术与算法优化 进入第二部分，我们将聚焦于提升DSP处理速度的关键技术。这部分是本书的重中之重，旨在揭示如何让信号处理“飞”起来。 1. 高速算法实现策略： FFT加速技术： 除了基础的FFT算法，我们将深入探讨各种优化版本，如Cooley-Tukey算法的各种蝶形结构，以及如何根据硬件特性（如内存访问模式、计算单元数量）来选择最优的FFT实现方式。例如，我们将分析不同长度的FFT对硬件资源的占用和计算量的影响。 流水线（Pipelining）与并行处理（Parallelism）： 这是实现高速DSP的灵魂。我们将详细阐述流水线技术如何将复杂的计算任务分解为多个阶段，并让各个阶段并行工作，从而显著缩短整体处理时间。同时，我们将介绍不同类型的并行处理架构，如SIMD（单指令多数据流）、多核处理以及GPU计算，并探讨如何将DSP算法映射到这些架构上以实现极致的性能提升。 内存优化与数据管理： 高速DSP对数据吞吐量要求极高，内存访问的效率直接影响整体速度。我们将深入研究数据局部性、缓存一致性、DMA（直接内存访问）控制器等概念，以及如何通过合理的内存划分、数据预取和紧凑数据结构来最小化内存访问延迟，优化数据流动。 定点与浮点运算的权衡： 在资源受限的高速嵌入式系统中，定点运算往往是提升速度和降低功耗的关键。我们将详细讲解定点运算的原理、溢出与舍入误差的处理，以及如何进行有效的定点化设计，包括信号缩放、量化位宽选择等。同时，也会讨论何时浮点运算的精度优势不可替代，以及如何利用硬件浮点单元加速浮点运算。 高效的数学库与硬件加速器： 我们将介绍如何利用现有的高性能数学库，如BLAS（基础线性代数子程序）和FFTW（最快傅里叶变换库），以及理解专门为DSP优化的硬件指令集（如SIMD指令、DSP专用指令）。 2. 典型高速DSP算法的优化实现： 相关与卷积的快速计算： 相关和卷积是DSP中最基本也是计算量最大的运算之一。我们将重点讲解如何利用FFT来加速相关和卷积的计算，即“频域相乘法”。这对于图像处理中的滤波、模式识别中的匹配等至关重要。 滤波器的高速实现： 除了理论设计，我们将深入探讨FIR和IIR滤波器在硬件上的高速实现技术，如直接型、转置型结构，以及如何利用流水线技术和并行计算来加速滤波过程。对于FIR滤波器，我们将分析其在寄存器级并行和多重累加（MAC）单元上的优化。 快速傅里叶变换（FFT）的高性能工程实现： 针对不同长度的FFT，我们将讲解如何根据硬件资源（如RAM大小、乘法器数量）选择最优的算法变种和内存访问策略。我们将深入剖析回溯（in-place）算法与非回溯（out-of-place）算法的差异，以及如何优化蝶形运算的执行顺序。 自适应滤波器的硬件友好实现： 针对LMS等自适应算法，我们将探讨如何将其分解为高效的MAC运算，并利用流水线技术加速其收敛速度。同时，也会讨论其在固定点运算下的精度问题及解决方案。 其他高性能算法： 根据实际需求，我们还将介绍如快速沃尔什-哈达玛变换（FWHT）、矩阵运算的优化实现等，这些算法在特定领域同样具有重要的应用价值。 第三部分：高速DSP实验与开发实践 理论知识的掌握离不开实践的检验。本书的第三部分将带领读者进行一系列精心设计的实验，将所学理论付诸实践，并熟悉开发流程。 1. 实验环境搭建与工具链介绍： 我们将详细介绍常用的DSP开发平台，包括主流的DSP处理器（如TI C6000系列、Analog Devices SHARC系列等）及其配套的开发套件（如CCS、ADSP-BF5XX EZ-KIT Lite等）。同时，我们将讲解交叉编译、调试器使用、性能分析工具（如性能计数器、探针）等开发过程中必备的工具。 2. 经典DSP算法的编程实现与性能调优： FFT算法的硬件加速实验： 您将有机会在目标DSP平台上实现不同长度的FFT算法，并通过性能分析工具，观察不同优化策略（如改变FFT长度、使用编译器优化选项、手动优化汇编代码）对执行时间的影响。 数字滤波器在DSP上的高效实现： 您将实现FIR和IIR滤波器，并学会如何通过流水线化、利用DSP的MAC指令来加速滤波运算。实验将引导您观察不同滤波器结构对性能的影响。 自适应滤波器在噪声消除中的应用实验： 您将实现LMS算法，并在实际的噪声环境中进行测试，观察算法的收敛性能以及参数选择对降噪效果的影响。 相关与卷积的加速计算实验： 您将体验如何利用FFT来加速相关和卷积的计算，并与直接卷积法进行性能对比。 通信信号处理实验： 结合高速DSP的应用场景，我们将设计一些通信相关的实验，例如，模拟简单的调制解调过程，其中会涉及到数字下变频、滤波器设计等。 3. 嵌入式DSP系统集成与性能评估： 在掌握了单个算法的实现后，我们将引导读者将多个DSP模块集成到一个完整的系统中，并进行端到端的性能评估。这包括数据输入输出接口的处理、多任务调度、中断管理等。我们将重点关注如何在高吞吐量下保证系统的稳定性和实时性。 第四部分：高速DSP前沿应用与发展趋势 随着技术的不断进步，高速DSP的应用领域也在持续拓展，并且呈现出新的发展趋势。本部分将为您勾勒出高速DSP的未来图景，激发您的创新思维。 5G通信与软件定义无线电（SDR）： 5G通信对信号处理的实时性和复杂度提出了极高的要求。我们将探讨高速DSP在5G基带处理、波束赋形、信道编码与解码等核心技术中的应用。同时，我们将介绍软件定义无线电（SDR）的概念，以及如何利用可重构的DSP硬件实现灵活、高效的无线通信系统。 人工智能与机器学习的硬件加速： 深度学习等AI算法往往需要海量的计算能力。我们将探讨如何将AI模型部署到DSP平台上，利用DSP的高效运算能力加速推理过程，实现边缘AI的应用。例如，在图像识别、语音处理等领域。 雷达与电子战系统： 高速DSP在现代雷达系统（如相控阵雷达、脉冲多普率雷达）的信号采集、目标跟踪、干扰抑制等方面发挥着关键作用。我们将介绍DSP在这些复杂系统中的具体实现。 医疗影像与生物信号处理： 在医学影像处理（如CT、MRI）以及生物信号分析（如心电图、脑电图）中，对实时性和精度要求极高。我们将探讨高速DSP如何加速影像重建、特征提取以及异常检测。 工业自动化与嵌入式系统： 实时控制、运动控制、传感器数据融合等是工业自动化领域高速DSP的重要应用。我们将展示DSP如何在智能制造、机器人技术等领域赋能。 FPGA与DSP协同设计： 随着FPGA（现场可编程门阵列）的算力不断提升，FPGA与DSP的协同设计成为一种重要的趋势。我们将探讨如何利用FPGA的并行计算能力加速DSP算法，以及如何实现软硬件的灵活结合。 本书特色： 理论与实践深度融合： 每一个理论概念都配有详细的解释和生动的类比，并紧密结合实际的工程应用和实验。 面向工程实践： 重点关注高速DSP的实现细节、性能优化和实际开发流程，帮助读者掌握解决工程问题的能力。 丰富的实验内容： 提供从基础算法到系统集成的完整实验设计，让读者动手实践，加深理解。 紧跟技术前沿： 涵盖了当前和未来高速DSP的重要应用领域和发展趋势。 清晰的结构与深入的讲解： 全书逻辑清晰，循序渐进，从基础到高级，确保读者能够全面掌握高速DSP的知识体系。 本书适合于高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术等相关专业的本科生、研究生，以及从事DSP系统设计、嵌入式开发、通信工程师、算法工程师等相关领域的专业技术人员。通过本书的学习，您将能够深刻理解高速DSP的原理，熟练掌握关键算法的实现与优化技术，并能够将其成功应用于实际的工程项目中，在飞速发展的电子信息时代，为您插上腾飞的翅膀。

评分☆☆☆☆☆

作为一名教师，我一直在寻找能够有效衔接理论教学与实际工程需求的教材。这本教程恰好填补了这一空白。它的内容组织非常适合作为高年级本科生或研究生的专业核心课程教材。书中的理论部分严谨可靠，而配套的实验环节设计得相当巧妙，紧密围绕着“高速”和“实时”这两个核心目标。我们尝试用书中的实验指导来搭建一个小型的高速数据处理平台，发现学生们在动手实践过程中，对DSP的内部工作机制有了前所未有的直观认识。特别是书中对功耗和散热等实际工程问题的关注，也让学生们在设计之初就树立了完整的系统观，而不仅仅是关注算法的准确性。这本书的价值在于，它成功地将抽象的数字逻辑转化为了可触摸、可验证的工程实践。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我从事相关行业已经有些年头了，手里也攒了不少资料。市面上很多教材侧重于算法的数学推导，而忽略了在真实系统中遇到的各种“坑”。然而，这本书给我的感觉是，作者真正下过功夫在工程现场。它对DSP的开发流程、调试技巧，甚至是一些常见的性能瓶颈问题，都进行了详尽的剖析。我尤其对书中关于FPGA与DSP协同工作的章节印象深刻，这在很多纯DSP教材中是比较少见的深度。它不仅告诉你“怎么做”，更告诉你“为什么这样做更有效率”。对于需要快速投入项目开发的工程师来说，这本书无疑是一本实用的工具书。书中提供的那些实验代码示例，虽然我没有完全照搬，但它的思路和框架设计，为我后续的开发工作提供了极大的启发，节省了我不少摸索的时间。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校研究生，在选择参考书时非常谨慎，这本书之所以被我选中，很大程度上是因为它名字里带的“特色教材”这几个字，感觉可能在深度和广度上有所突破。阅读体验上，这本书的章节结构安排得很有逻辑性，从基础的DSP架构到高级的算法实现，层层递进，循序渐进。对于初学者来说，可能需要一定的时间去消化那些数学公式和硬件描述语言，但这本书的作者似乎深谙教学之道，总能在关键节点给出非常清晰的解释和图示。我个人觉得，它在介绍新的DSP芯片特性时，并没有简单地罗列参数，而是结合具体的应用场景来展示这些特性的优势，这种“讲故事”般的叙述方式，大大提升了阅读的趣味性和吸收率。特别是关于滤波器设计的章节，它对比了不同架构下的实现效率，让我对“高速”二字有了更具象的认识。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，这本书的门槛不低，但回报是巨大的。它并非那种只停留在概念层面的科普读物，而是深入到了芯片级别和指令集的层面。我花了相当一部分时间去研究那些关于并行处理和向量化操作的章节，这部分内容对于追求极致性能的信号处理任务至关重要。作者在讲解这些复杂技术时，并没有采用那种高高在上的学术腔调，而是用一种非常务实的态度来阐述其背后的物理意义和逻辑限制。这种平衡感掌握得非常好。如果说有什么遗憾，可能就是某些前沿的、尚未成熟的技术涉及较少，但考虑到教材的定位，这完全可以理解。总而言之，这是一本能真正提升你对高速数字信号处理系统设计理解深度的典范之作，非常值得反复研读。

评分☆☆☆☆☆

这本关于高速DSP的书，拿到手的时候我就被它的厚度给镇住了，感觉内容一定非常扎实。我本来以为这种偏技术的教材都会写得比较枯燥，没想到这本书在讲解理论的同时，还非常注重实际应用，这一点我非常欣赏。比如，它在介绍一些复杂的数字信号处理算法时，都会穿插一些实际的工程案例，这对于我们这些想把理论知识转化为实际动手能力的学习者来说，简直是太重要了。书中对于高速运算的底层原理分析得非常透彻，无论是从时序、流水线设计还是资源优化方面，都有很独到的见解。我特别喜欢它对硬件实现的探讨，毕竟DSP的性能最终还是要体现在硬件上，这本书在这方面的讲解非常到位，让我对如何优化代码以适应特定DSP架构有了更深的理解。尤其是那些关于高速数据采集和实时处理的章节，读起来让人感觉思路豁然开朗，不再是那种纸上谈兵的感觉。