一部很厉害的“DSP简史”

首先，老规矩，走一波知识点：什么是“DSP”

即数字信号处理，英文:Digital Signal Processing,缩写为DSP，是面向电子信息学科的专业基础课，先修专业课程为信号与系统。

这门课介绍的是:将事物的运动变化转变为一串数字，并用计算的方法从中提取有用的信息，以满足我们实际应用的需求。

大部分信号的初始形态是事物的运动变化，为了测量它们和处理它们，先要用传感器把它们的特征转换成电信号，等到这些电信号处理完后，再把它们转变为我们能看见、能听见或能利用的形态。

还记得陆妹上大学那会，DSP这门课就没清楚过，虽然信号与系统学的还不错，哎，辛亏老师好，没有给我挂掉，感恩，阿门~
你们呢？是不是当初学这门课跟玩似的……

继续，走一波DSP的应用

广义来说，数字信号处理是研究用数字方法对信号进行分析、变换、滤波、检测、调制、解调以及快速算法的一门技术学科。但很多人认为:数字信号处理主要是研究有关数字滤波技术、离散变换快速算法和谱分析方法。随着数字电路与系统技术以及计算机技术的发展，数字信号处理技术也相应地得到发展，其应用领域十分广泛。数字控制、运动控制方面的应用主要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打印机控制、喷绘机控制、马达控制、电力系统控制、机器人控制、高精度伺服系统控制、数控机床等。面向低功耗、手持设备、无线终端的应用主要有:手机、PDA、GPS、数传电台等。

重点来了，请准备好小板凳

DSP已经拥有30多年的历史了，追溯对它最早的印象，应该是德州仪器首席科学家在名叫Oppenheim和Schafer两个人写的《Digital Signal Processing》这本教科书中了解到的，那是1977年。

世界上第一个单片 DSP 芯片应当是 1978 年 AMI 公司发布的 S2811 ， 1979 年美国 Intel 公司发布的商用可编程器件 2920 是 DSP 芯片的一个主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代 DSP 芯片所必须有的单周期乘法器。 1980 年，日本 NEC 公司推出的 μ P D7720 是第一个具有乘法器的商用 DSP 芯片。
在这之后，最成功的 DSP 芯片当数美国德州仪器公司（ Texas Instruments ，简称 TI ）的一系列产品。 TI 公司在 1982 年成功推出其第一代 DSP 芯片 TMS32010 及其系列产品 TMS32011 、 TMS320C10/C14/C15/C16/C17 等，之后相继推出了第二代 DSP 芯片 TMS32020 、 TMS320C25/C26/C28 ，第三代 DSP 芯片 TMS320C30/C31/C32 ，第四代 DSP 芯片 TMS320C40/C44 ，第五代 DSP 芯片 TMS320C5X/C54X ，第二代 DSP 芯片的改进型 TMS320C2XX ，集多片 DSP 芯片于一体的高性能 DSP 芯片 TMS320C8X 以及目前速度最快的第六代 DSP 芯片 TMS320C62X/C67X 等。 TI 将常用的 DSP 芯片归纳为三大系列，即： TMS320C2000 系列（包括 TMS320C2X/C2XX ）、 TMS320C5000 系列（包括 TMS320C5X/C54X/C55X ）、 TMS320C6000 系列（ TMS320C62X/C67X ）。如今， TI 公司的一系列 DSP 产品已经成为当今世界上最有影响的 DSP 芯片。 TI 公司也成为世界上最大的 DSP 芯片供应商，其 DSP 市场份额占全世界份额近 50 ％。
第一个采用 CMOS 工艺生产浮点 DSP 芯片的是日本的 Hitachi 公司，它于 1982 年推出了浮点 DSP 芯片。 1983 年日本 Fujitsu 公司推出的 MB8764 ，其指令周期为 120ns ，且具有双内部总线，从而使处理吞吐量发生了一个大的飞跃。而第一个高性能浮点 DSP 芯片应是 AT&T 公司于 1984 年推出的 DSP32 。
与其他公司相比， Motorola 公司在推出 DSP 芯片方面相对较晚。 1986 年，该公司推出了定点处理器 MC56001 。 1990 年，推出了与 IEEE 浮点格式兼容的浮点 DSP 芯片 MC96002 。
美国模拟器件公司（ Analog Devices ，简称 AD ）在 DSP 芯片市场上也占有一定的份额，相继推出了一系列具有自己特点的 DSP 芯片。

其定点 DSP 芯片有
ADSP2101/2103/2105
ASDP2111/2115
ADSP2161/2162/2164
ADSP2171/2181
浮点 DSP 芯片有
ADSP21000/21020
ADSP21060/21062 等

自 1980 年以来， DSP 芯片得到了突飞猛进的发展， DSP 芯片的应用越来越广泛。
从运算速度来看， MAC （一次乘法和一次加法）时间已经从 20 世纪 80 年代初的 400ns （如 TMS32010 ）降低到 10ns 以下（如 TMS320C54X 、 TMS320C62X/67X 等），处理能力提高了几十倍。 DSP 芯片内部关键的乘法器部件从 1980 年的占模片区（ die area ）的 40% 左右下降到 5% 以下，片内 RAM 数量增加一个数量级以上。
从制造工艺来看， 1980 年采用 4 μ m 的 N 沟道 MOS （ NMOS ）工艺，而现在则普遍采用亚微米（ Micron ） CMOS 工艺。 DSP 芯片的引脚数量从 1980 年的最多 64 个增加到现在的 200 个以上，引脚数量的增加，意味着结构灵活性的增加，如外部存储器的扩展和处理器间的通信等。此外， DSP 芯片的发展使 DSP 系统的成本、体积、重量和功耗都有很大程度的下降。
1992年，世界上首个GSM网络开始部署，并且承诺将要实现低成本、无处不在和便携通讯。十年后，全球手机用户量达到了10亿部，而到了今天，这个数字变成了50多亿。从最初只支持语音通话的简单移动电话，变成了如今一个支持语音与数据的多媒体平台。要在同样的功耗下将手机和基站的性能提升10倍，这对于TI来说又是一个巨大的挑战。随着用户界面和应用程序越来越重要，TI为手机研发了第一套多媒体处理器，运用OMAP应用平台。它其中包含卓越的通用处理器、图形和数字信号处理等功能，应用于高质量相机、高清视频和音乐。
从产品到使能器的转变：也许有人会觉得DSP作为一个产品，从一文不值到创造每年数十亿美元的价值之后又销声匿迹很奇怪。但是这确实是一个好消息的开始。它并没有销声匿迹，只是融入到了每一部数字处理系统中而已。
为什么这么说呢，因为科学家们在IC技术中所做的努力已经允许在硅芯片中嵌入DSP。曾经的DSP是非常大的，而如今却小到几乎看不见。首个可编程DSP TMS32010将其裸片的四分之一用于乘法器，而现在的乘法器如此的小就像曾经用过的接合垫。DSP的核心理论现在也可以在嵌入式处理器世界中获得更大的发挥价值。
从另一个角度看来，科学家们也在针对特定市场的需求为他们研究的信号处理器进行着优化。与其说他们打造了一条DSP产品线，不如说他们打造了一条通信信号处理器、音频信号处理器、视频信号处理器、图像信号处理器和马达控制处理器的产品线，所有这些都能采用DSP的理论和硬件。很显然，下一步是很关键的，就是要将DSP集成在各种系统处理器（像ARM）、各种加速器和外设中，通过集成化这些元素，创造出完整的嵌入式处理器的系统解决方案。所以信号处理的历史，从发现DSP理论到目前为止，可以总结为信号处理理论到信号处理器产品的转变，甚至是到嵌入式处理器系统的使能器的转变。
而DSP的第三个发展方向是创造了多线程处理架构。随着具有特定应用的系统渐渐兴起，从可编程的处理器转向可配置处理器，再到单功能处理器，这些都是合理的。因为实际信号的平行性，这种转移到固定功能单元是普遍的。在RISC处理器与多种可配置IP模块组合后的控制下，一个崭新的嵌入式处理系统出现了。
这与一台设备中有多个完全相同的处理器概念是不同的，这个信号处理的世界是虽然符合阿姆达尔定律（阿姆达尔定律的主要观点是随着系统中处理器的不断增加，系统的速度将会趋于稳定）的世界，但这个世界又是一个特例，因为该系统可以被拆成数个小的专用并行处理单元。而这些单功能的加速器具有更高的性能、更低的功耗和更低的成本，使得系统更加的稳定易用。
这三项重大的研发成果把致力在一线的科学家带到了今天，这是一个多么令人兴奋的时代，系统设计师们仍然在寻找着超乎大家想象的机遇。
在客户方面看来：技术允许DSP成为高度优化的解决方案的一部分，满足了他们差异化的需求，与那个微处理器的只有一种通用型号的时代形成了鲜明对比。有了高度优化的SoC，科学家们可以提供更高的性能、更低的功耗和更低的成本。

展望未来

所以，下一步将要怎样走呢？别急，有意思的事才刚刚开始。

现在有多重选择：最低功耗器件；低功耗、电池供电的器件；和极高性能的并行处理系统。可以将嵌入式处理系统同异质处理器（heterogeneous processors）、加速器和周边外设结合起来处理旧的信号和新的信号。处理信号的需求在不断增长。一个麻省理工学院的大佬说：“永远都会有新的吸引人的信号出现，永远都会有处理信号的需求。”目前的IC技术让我们在处理信号上面变得更容易，成本更低，功耗更小，而且器件的尺寸也更加迷你。
通过提升处理器的性能，还可以探索一些我们过去没有考虑到的新信号。例如，即将引入的3D图像和视频分析。的确，这些概念已经存在很多年了，但是现在才有足够的处理性能来精确地做一些得心应手的处理。
在这幅宏图的另一端是极低功耗。有了这样的技术，可以发掘一些新的概念，如“能量清道夫（energy scavenger）”和“永久设备（perpetual device）”等。这些完全是新的机遇，我们对其还一无所知，这就推动了新的探索的开展和进行。而云计算的概念为探索这些领域打开了一扇窗。最后一个令人兴奋的事情是，在集成电路技术的这一点上，可以考虑结合数字和模拟概念来更好地处理信号。
这是一个令人兴奋的技术新纪元，如今的每个器件中都有DSP的技术，通过以下这些努力：

1）通过TI的DSP技术，我们很快将会看到，现在那些很笨重很昂贵的医疗设备通过TI DSP技术将会变得小到可以拿在内科医生和急诊医生的手中。

2）便携超声仪器将很快应用于阿富汗和伊拉克的野战医院中，它们也将改变印度和中国的医疗保健现状。3）通过使用TI的DSP技术，空调等家用电器进行了调速电动机控制以后，效能正在发生戏剧性的改进。4）安全摄像头正在脱离模拟的时代，转向基于IP的数字技术，可以通过更加精细地分析迅速的报警。

5）电动车正在被基于安全的系统“照看”着，随时提醒司机潜在的危险。

6）太阳能和风能等替代能源利用TI的DSP技术将直流电转化为交流电，从而可以安全地接入电网。
这些都是真正激动人心的伟大时刻，而且，就DSP技术为世界带来的改变来看，我们现在还仅仅是享受到皮毛而已。