机器视觉技术的应用现状

机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
一个典型的工业机器视觉应用系统包括如下部分：光源，镜头，CCD照相机，图像处理单元（或图像捕获卡），图像处理软件，监视器，通讯/输入输出单元等。首先采用摄像机获得被测目标的图像信号， 然后通过A/ D 转换变成数字信号传送给专用的图像处理系统，根据像素分布、亮度和颜色等信息，进行各种运算来抽取目标的特征，然后再根据预设的判别准则输出判断结果，去控制驱动执行机构进行相应处理。机器视觉是一项综合技术，其中包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、光源照明技术，光学成像技术、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术、人机接口技术等。 机器视觉强调实用性，要求能够适应工业现场恶劣的环境，要有合理的性价比、通用的工业接口、较高的容错能力和安全性，并具有较强的通用性和可移植性。 它更强调实时性，要求高速度和高精度。
视觉系统的输出并非图像视频信号，而是经过运算处理之后的检测结果，如尺寸数据。上位机如PC和PLC实时获得检测结果后，指挥运动系统或I/O系统执行相应的控制动作，如定位和分选。从视觉系统的运行环境分类，可分为PC-BASED系统和PLC-BASED系统。基于PC的系统利用了其开放性，高度的编程灵活性和良好的Windows界面，同时系统总体成本较低。以美国DATA TRANSLATION公司为例，系统内含高性能图像捕获卡，一般可接多个镜头，配套软件方面，从低到高有几个层次，如Windows95/98/NT环境下C/C++编程用DLL，可视化控件activeX提供VB和VC++下的图形化编程环境，甚至Windows下的面向对象的机器视觉组态软件，用户可用它快速开发复杂高级的应用。在基于PLC的系统中，视觉的作用更像一个智能化的传感器，图像处理单元独立于系统，通过串行总线和I/O与PLC交换数据。系统硬件一般利用高速专用ASIC或嵌入式计算机进行图像处理，系统软件固化在图像处理器中，通过类似于游戏键盘的简单装置对显示在监视器中的菜单进行配置，或在PC上开发软件然后下载。基于PLC的系统体现了可靠性高、集成化，小型化、高速化、低成本的特点，代表厂商为日本松下、德国Siemens等。
德国Siemens公司在工业图像处理方面拥有超过20年经验积累，SIMATIC VIDEOMAT是第一个高性能的单色和彩色图像处理系统，并成为SIMATIC自动化系统中极重要的产品。而99年推出的SIMATIC VS710是业内第一个智能化的、一体化的、带PROFIBUS接口的、分布式的灰度级工业视觉系统，它将图像处理器、CCD、I/O集成在一个小型机箱内，提供PROFIBUS的联网方式（通讯速率达12Mbps）或集成的I/O和RS232接口。更重要的，通过PC WINDOWS下的Pro Vision参数化软件进行组态，VS 710第一次将PC的灵活性，PLC的可靠性、分布式网络技术，和一体化设计结合在一起，使得西门子在PC和PLC体系之间找到了完美的平衡。机器视觉系统在印刷包装中的应用 自动印刷品质量检测设备采用的检测系统多是先利用高清晰度、高速摄像镜头拍摄标准图像，在此基础上设定一定标准；然后拍摄被检测的图像，再将两者进行对比。CCD线性传感器将每一个像素的光量变化转换成电子信号，对比之后只要发现被检测图像与标准图像有不同之处，系统就认为这个被检测图像为不合格品。印刷过程中产生的各种错误，对电脑来说只是标准图像与被检测图像对比后的不同，如污迹、墨点色差等缺陷都包含在其中。
最早用于印刷品质量检测的是将标准影像与被检测影像进行灰度对比的技术，较先进的技术是以RGB三原色为基础进行对比。全自动机器检测与人眼检测相比，区别在哪里以人的目视为例，当我们聚精会神地注视某印刷品时，如果印刷品的对比色比较强烈，则人眼可以发现的、最小的缺陷，是对比色明显、不小于03mm的缺陷；但依靠人的能力很难保持持续的、稳定的视觉效果。可是换一种情况，如果是在同一色系的印刷品中寻找缺陷，尤其是在一淡色系中寻找质量缺陷的话，人眼能够发现的缺陷至少需要有20个灰度级差。而自动化的机器则能够轻而易举地发现010mm大小的缺陷，即使这种缺陷与标准图像仅有一个灰度级的区别。
但是从实际使用上来说，即便是同样的全色对比系统，其辨别色差的能力也不同。有些系统能够发现轮廓部分及色差变化较大的缺陷，而有些系统则能识别极微小的缺陷。对于白卡纸和一些简约风格的印刷品来说，如日本的KENT烟标、美国的万宝路烟标，简单地检测或许已经足够了，而国内的多数印刷品，特别是各种标签，具有许多特点，带有太多的闪光元素，如金、银卡纸，烫印、压凹凸或上光印刷品，这就要求质量检测设备必须具备足够的发现极小灰度级差的能力，也许是5个灰度级差，也许是更严格的1个灰度级差。这一点对国内标签市场是至关紧要的。
标准影像与被检印刷品影像的对比精确是检测设备的关键问题，通常情况下，检测设备是通过镜头采集影像，在镜头范围内的中间部分，影像非常清晰，但边缘部分的影像可能会产生虚影，而虚影部分的检测结果会直接影响到整个检测的准确性。从这一点来说，如果仅仅是全幅区域的对比并不适合于某些精细印刷品。如果能够将所得到的图像再次细分，比如将影像分为1024dpi X 4096dpi或2048dpi X 4096dpi，则检测精度将大幅提高，同时因为避免了边缘部分的虚影，从而使检测的结果更加稳定。
采用检测设备进行质量检测可提供检测全过程的实时报告和详尽、完善的分析报告。现场 *** 作者可以凭借全自动检测设备的及时报警，根据实时分析报告，及时对工作中的问题进行调整，或许减少的将不仅仅是一个百分点的废品率，管理者可以依据检测结果的分析报告，对生产过程进行跟踪，更有利于生产技术的管理。因为客户所要求的，高质量的检测设备，不仅仅是停留在检出印刷品的好与坏，还要求具备事后的分析能力。某些质量检测设备所能做的不仅可以提升成品的合格率，还能协助生产商改进工艺流程，建立质量管理体系，达到一个长期稳定的质量标准。
凹版印刷机位置控制及产品检测
由设置在生产线上的摄像机连续摄取印制品的视频图像，摄像的速度在30 帧/s 以下且可调。摄像机采集到的图像，首先进行量化，将模拟信号转化成数字信号，从中抽取一张有效代表镜头内容的关键帧，并将其显示在显示器上。对于一帧图像，可采用对静止图像的分析方法来处理，通过尺寸测量和多光谱分析可识别出视频图像上各色标，得出色标间距和色标的颜色参数以及一些其他相关。
由于各种因素影响，会出现各种各样的噪声，如高斯噪声、椒盐噪声及随机噪声等。噪声给图像处理带来很多困难，它对图像分割，特征提取，图像识别，具有直接的影响，因此实时采集的图像需进行滤波处理。图像滤波要求能去除图像以外的噪声，同时又要保持图像的细节。当噪声为高斯噪声时，最常使用的是线性滤波器，易于分析和实现；但线性滤波器对椒盐噪声的滤波效果很差，传统的中值滤波器能减少图像中的椒盐噪声，但效果不算理想，即充分分散的噪声被去掉，而彼此靠近的噪声会被保留下来，所以当椒盐噪声比较严重时，它的滤波效果明显变坏。本系统改进型中值滤波法。该方法首先求得噪声图像窗口中去除最大和最小灰度值像素后的中值，然后计算该中值与对应的像素灰度值的差，再与阈值相比较以确定是否用求得的值代替该像素的灰度值。
图像分割在该阶段中检测出各色标并与背景分离，物体的边缘是由灰度不连续性所反映的L 边缘种类可分为两种，其一是阶跃性边缘，它两边的像素的灰度值有显著不同；其二是屋顶状边缘，它位于灰度值从增加到减小的变化转折点L对于阶跃性边缘，其二阶方向导数在边缘处呈零交叉，因而可用微分算子来做边缘检测算子。微分算子类边缘检测法类似于高空间域的高通滤波，有增加高频分量的作用，这类算子对噪声相当敏感，对于阶跃性边缘，通常可用的算子有梯度算子Sobel 算子和Kirsh 算子。对于屋顶状边缘可用拉普拉斯变换和Kirsh 算子。由于色标为长方形，且相邻边缘灰度级相差较大，故采用边缘检测来分割图像。这里采用Sobert 边缘子来进行边缘检测，它是利用局部差分算子来寻找边缘，能较好的将色标分离出来。在实际的检测过程中，采用彩色图像边缘检测方法，选择合适的彩色基(如强度、色度、饱和度等)来进行检测。根据印刷机的类型特点，即印刷机各色的颜色和版图的特点，进行多阈值处理，得到各色的二值图。
将分割后的图像进行测量，通过测量值来识别物体，由于色标为形状规则的矩形，所以可对下述特征进行提取：(1) 由像素计算矩形面积，(2) 矩形度，(3) 色度(H ) 和饱和度(S )，然后根据各色标的间隔的像素点数量得到色标间的间距，与设定值比较，得到两者的差值，共进行m 次测量，取平均差值，给数字交流伺服调节部分提供相应的调节信号。以调节色辊的相对位置，从而消除或减少印刷错位。在特征提取时，对图像进行多光谱图像分析，可以定量地表示色标，如彩色数图像中像素的颜色，采用HIS 格式得到各色标颜色信息的两个参数：色度和饱和度，以此来检测油墨的质量。对各色二值图再进行统计计算或与标准图形进行样板匹配，测量印刷过程中墨屑等参数。
印刷机由开卷机放卷运行依次经过各印刷单元，进行各色的印刷和烘干，由收卷机进行收卷L 每色印刷都会在印料的边沿印上以供套色用的色标，该色标线水平10mm，宽1 mm ，每个相邻颜色的标志线在套印精确时应相互平行，垂直(纵向)相巨20 mm，由设置在生产线上的摄影机连续摄取印制品的视频图像，通过尺寸测量和多光谱分析可识别出视频图像上各色标，得出色标间距和色标的颜色参数L如果相邻两色色标间隔大于或小于20 mm ，则说明套印出现了偏差。将该偏差信号送给伺服变频驱动单元，驱动交流伺服电机，使相应的套色修正辊ML上下移动来延长或缩短印料自上一单元印刷版辊到该单元印刷版辊的行程来动态修正。 在现代包装工业自动化生产中，涉及到各种各样的检查、测量，比如饮料瓶盖的印刷质量检查，产品包装上的条码和字符识别等。这类应用的共同特点是连续大批量生产、对外观质量的要求非常高。通常这种带有高度重复性和智能性的工作只能靠人工检测来完成，我们经常在一些工厂的现代化流水线后面看到数以百计甚至逾千的检测工人来执行这道工序，在给工厂增加巨大的人工成本和管理成本的同时，仍然不能保证100%的检验合格率（即零缺陷），而当今企业之间的竞争，已经不允许哪怕是0。1%的缺陷存在。有些时候，如微小尺寸的精确快速测量，形状匹配，颜色辨识等，用人眼根本无法连续稳定地进行，其它物理量传感器也难有用武之地。这时，人们开始考虑把计算机的快速性、可靠性、结果的可重复性，从而引入了机器人视觉技术。
一般地说，首先采用CCD照相机将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，如：面积、长度、数量、位置等；最后，根据预设的容许度和其他条件输出结果，如：尺寸、角度、偏移量、个数、合格/不合格、有/无等。机器视觉的特点是自动化、客观、非接触和高精度，与一般意义上的图像处理系统相比，机器视觉强调的是精度和速度，以及工业现场环境下的可靠性。 机器视觉极适用于大批量生产过程中的测量、检查和辨识，如：对IC表面印字符的辨识，食品包装上面对生产日期的辨识，对标签贴放位置的检查。 在机器视觉系统中；关键技术有光源照明技术、光学镜头、摄像机、图像采集卡、图像处理卡和快速准确的执行机构等方面。在机器视觉应用系统中；好的光源与照明方案往往是整个系统成败的关键；起着非常重要的作用；它并不是简单的照亮物体而已。 光源与照明方案的配合应尽可能地突出物体特征量；在物体需要检测的部分与那些不重要部份之间应尽可能地产生明显的区别；增加对比度；同时还应保证足够的整体亮度；物体位置的变化不应该影响成像的质量。在机器视觉应用系统中一般使用透射光和反射光。 对于反射光情况应充分考虑光源和光学镜头的相对位置、物体表面的纹理；物体的几何形状、背景等要素。光源的选择必须符合所需的几何形状、照明亮度、均匀度、发光的光谱特性等；同时还要考虑光源的发光效率和使用寿命。光学镜头相当于人眼的晶状体；在机器视觉系统中非常重要。 一个镜头的成像质量优劣；即其对像差校正的优良与否；可通过像差大小来衡量；常见的像差有球差、彗差、像散、场曲、畸变、色差等六种。
摄像机和图像采集卡共同完成对物料图像的采集与数字化。 高质量的图像信息是系统正确判断和决策的原始依据；是整个系统成功与否的又一关键所在。 在机器视觉系统中；CCD 摄像机以其体积小巧、性能可靠、清晰度高等优点得到了广泛使用。 CCD 摄像机按照其使用的CCD 器件可以分为线阵式和面阵式两大类。 线阵CCD 摄像机一次只能获得图像的一行信息；被拍摄的物体必须以直线形式从摄像机前移过；才能获得完整的图像；因此非常适合对以一定速度匀速运动的物料流的图像检测；而面阵CCD 摄像机则可以一次获得整幅图像的信息。图像信号的处理是机器视觉系统的核心；它相当于人的大脑。 如何对图像进行处理和运算；即算法都体现在这里；是机器视觉系统开发中的重点和难点所在。 随着计算机技术、微电子技术和大规模集成电路技术的快速发展；为了提高系统的实时性；对图像处理的很多工作都可以借助硬件完成；如DSP、专用图像信号处理卡等；软件则主要完成算法中非常复杂、不太成熟、尚需不断探索和改变的部分。
从产品本身看，机器视觉会越来越趋于依靠PC技术，并且与数据采集等其他控制和测量的集成会更紧密。且基于嵌入式的产品将逐渐取代板卡式产品，这是一个不断增长的趋势。主要原因是随着计算机技术和微电子技术的迅速发展，嵌入式系统应用领域越来越广泛，尤其是其具备低功耗技术的特点得到人们的重视。另外，嵌入式 *** 作系统绝大部分是以C语言为基础的，因此使用C高级语言进行嵌入式系统开发是一项带有基础性的工作，使用高级语言的优点是可以提高工作效率，缩短开发周期，更主要的是开发出的产品可靠性高、可维护性好、便于不断完善和升级换代等。因此，嵌入式产品将会取代板卡式产品。
由于机器视觉是自动化的一部分，没有自动化就不会有机器视觉，机器视觉软硬件产品正逐渐成为协作生产制造过程中不同阶段的核心系统，无论是用户还是硬件供应商都将机器视觉产品作为生产线上信息收集的工具，这就要求机器视觉产品大量采用标准化技术，直观的说就是要随着自动化的开放而逐渐开放，可以根据用户的需求进行二次开发。当今，自动化企业正在倡导软硬一体化解决方案，机器视觉的厂商在未来5-6年内也应该不单纯是只提供产品的供应商，而是逐渐向一体化解决方案的系统集成商迈进。
在未来的几年内，随着中国加工制造业的发展，对于机器视觉的需求也逐渐增多；随着机器视觉产品的增多，技术的提高，国内机器视觉的应用状况将由初期的低端转向高端。由于机器视觉的介入，自动化将朝着更智能、更快速的方向发展。

根本上的区别：
首先在根本上来说，网盟是在线广告联盟（Ad Network），是广告位的购买。
DSP是基于RTB的需求方平台，从一定意义上来说，是对目标人群的购买。通过对用户的习惯，访问轨迹，搜索过的关键词等进行分析和归类，给访客打上N个标签，然后广告主锁定这些标签进行推送的一项技术。把门户级别几十几百万的流量细分化，在其中甄选出针对的用户群，更精准的推送广告，达到理想的广告效果。
广点通也是一种DSP，不过广点通是在腾讯内部资源的一种DSP，像其他的pinyouDSP什么的则是显示在其他地方的DSP。其实原理这些都差不多。

芯原的神经网络处理器广泛应用于消费电子。公司是一家依托自主半导体IP，为客户提供平台化、全方位、一站式芯片定制服务和半导体 IP授权服务的企业。至今已拥有高清视频、高清音频及语音、车载娱乐系统处理器、视频监控、物联网连接、数据中心等多种一站式芯片定制解决方案，以及自主可控的图形处理器IP、神经网络处理器IP、视频处理器IP、数字信号处理器IP和图像信号处理器IP五类处理器IP、1,400 多个数模混合IP和射频IP。广泛应用于消费电子、汽车电子、计算机及周边、工业、数据处理、物联网等，主要客户包括IDM、芯片设计公司，以及系统厂商、大型互联网公司等。是2019年中国大陆排名第一、全球排名第七的半导体IP授权服务提供商。
芯原股份是少数同时拥有GPU IP、DSP IP、视频处理 IP和神经网络IP这四大类关键 IP的供应商。并且GPU IP、DSP IP 和视频处理IP三大领域均排名世界前三。

DSP的发展
这学期我们着重针对DSP2407到2812进行了长时间的学习，尤其是2407我们接触的比较多，但是到底什么是DSP呢？我先来介绍一下。数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。
现在，我们来了解一下DSP的发展历程。DSP产业在约40年的历程中经历了三个阶段：第一阶段，DSP意味着数字信号处理，并作为一个新的理论体系广为流行。随着这个时代的成熟，DSP进入了发展的第二阶段，在这个阶段，DSP代表数字信号处理器，这些DSP器件使我们生活的许多方面都发生了巨大的变化。接下来又催生了第三阶段，这是一个赋能(enablement)的时期，我们将看到DSP理论和DSP架构都被嵌入到SoC类产品中。” 第一阶段，DSP意味着数字信号处理 。 80年代开始了第二个阶段，DSP从概念走向了产品，TMS32010所实现的出色性能和特性备受业界关注。方进先生在一篇文章中提到，新兴的DSP业务同时也承担着巨大的风险，究竟向哪里拓展是生死攸关的问题。当设计师努力使DSP处理器每MIPS成本降到了适合于商用的低于10美元范围时，DSP在军事、工业和商业应用中不断获得成功。到1991年，TI推出价格可与16位微处理器不相上下的DSP芯片，首次实现批量单价低于5美元，但所能提供的性能却是其5至10倍。 到90年代，多家公司跻身DSP领域与TI进行市场竞争。TI首家提供可定制 DSP——cDSP，cDSP 基于内核 DSP的设计可使DSP具有更高的系统集成度，大加速了产品的上市时间。同时，TI瞄准DSP电子市场上成长速度最快的领域。到90年代中期，这种可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等，其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。这时，DSP业务也一跃成为TI最大的业务，这个阶段DSP每MIPS的价格已降到10美分到1美元的范围。 21世纪DSP发展进入第三个阶段，市场竞争更加激烈，TI及时调整DSP发展战略全局规划，并以全面的产品规划和完善的解决方案，加之全新的开发理念，深化产业化进程。成就这一进展的前提就是DSP每MIPS价格目标已设定为几个美分或更低。
DSP2407与DSP2812的概述
（1）2407
2407是我们学习、实验接触较多的一部分。2407开发板分为TI 2000-011 DSP2407增强型、DSP2407+CPLD开发板、SHX-DSP2407A开发板。引DSP2407+CPLD开发板套件是一套基于TMS320LF2407A+EPM240的DSP+CPLD的学习开发平台，充分发挥DSP2407和ALTERA MAX II的灵活性和功能强大。
首先在教科书中我了解到，CUP的硬件组成包括累加器，辅助寄存器算术单元，辅助寄存器0~7，进位，中央算术逻辑单元，双口RAM，数据存储器页面指针，全局存储器配置寄存器，中断屏蔽寄存器，中断标志寄存器，中断陷阱，输入、输出数据定标移位器，乘法器，微堆栈，多路选择器，程序地址寄存器，程序计数器，程序控制器，临时寄存器等等。
输入定标移位器能将来自程序存储器或数据存储器的16位数据调整为32为数据送到中央算术逻辑单元，而且不会占用时钟开销，在算术定标和逻辑 *** 作对屏蔽定位设置中非常有用。
中央算术逻辑部分主要构成有三部分：CALU，ACC，输出定标移位器。中央算术逻辑单元是实现算术和逻辑运算功能的部分，可以执行布尔运算，使得控制器具有位 *** 作功能。当运算在CALU中完成时，结果就被送到累加器中，并在其中进行另外的一些 *** 作，在实际的应用中，ACC的使用相当频繁。
2407中有两个状态寄存器ST0和ST1，含有各种状态和控制位，控制着很多系统的工作状态，在应用中特别重要。
然后是数字量I/O模块。
2407中有多达41个通用、双向的数字量I/O引脚，其中很多都是复用引脚，实现一般I/O和基本功能。所有专用I/O和复用I/O引脚的功能都可通过9个16位控制寄存器来设置。可分为两类：
I/O端口复用控制寄存器， 用来控制选择I/O端口作为基本功能或一般I/O引脚功能。
数据和方向控制寄存器，当I/O端口用作一般I/O引脚功能时，用数据和方向控制寄存器可控制数据和双向I/O引脚的数据方向。这些寄存器直接与双向I/O引脚相连。
I/O模块在实际应用中和很多模块结合在一起，如上面的和LED灯结合使用，还有键盘和发光二极管结合实现利用键盘点亮发光二极管等等应用。总之，I/O模块在DSP的设计应用中是不可缺少的，承担着与其他模块交互的重要作用。
下面介绍一个重要模块——事件管理器模块
2407包含两个事件管理器模块EVA和EVB， 每个事件管理器模块有通用定时器（GP）、比较单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路组成。这些部件使得事件管理器在电机控制方面具有很重要的应用。
每个事件管理模块都有两个通用的可编程定时器，而每个定时器包括16位的定时器增/减计数的计数器、16位的定时器比较寄存器、16位的定时器周期寄存器、16位的定时器控制寄存器各一个，还有可选择的内部或外部输入时钟，可编程的预定标器，可选择方向的输入引脚等，这些器件能让定时器进行停止/保持、连续增计数、定向增/减计数、连续增/减计数四种计数模式，和比较 *** 作，PWM输出等多种 *** 作，可以产生多种对称或非对称的波形输出，这就给电机控制带来了很大的便利和灵活 *** 作空间。
（2）2812
DSP2812是TI公司新推出的功能强大的TMS320F2812的32位定点DSP，是TMS320LF2407A的升级版本，最大的特点是速度比TMS320LF2407A有了质的飞跃，从最高40M跃升到TMS320F2812的150M，处理数据位数也从16位定点跃升到32位定点。最大的亮点是其拥有EVA、EVB事件管理器和配套的12位16通道的AD数据采集，使其对电机控制得心应手。再加上丰富的外设接口，如CAN、SCI等，在工控领域占有不少份额。
DSP微处理器的特点：
DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
DSP微处理器（芯片）一般具有如下主要特点：
（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；
（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；
（6）具有在单周期内 *** 作的多个硬件地址产生器；
（7）可以并行执行多个 *** 作；
（8）支持流水线 *** 作，使取指、译码和执行等 *** 作可以重叠执行。
当然，与通用微处理器相比，DSP微处理器（芯片）的其他通用功能相对较弱些。
DSP优点：
对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部因素影响小；
容易实现集成；VLSI
可以分时复用，共享处理器；
方便调整处理器的系数实现自适应滤波；
可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；
可用于频率非常低的信号。
DSP缺点：
需要模数转换；
受采样频率的限制，处理频率范围有限；
数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。
但是其优点远远超过缺点。
书上常用程序片段
汇编语言源程序片段：
;主程序
text
_c_int0
CALL SYSINIT ;系统初始化程序
CALL PWM_INIT ;EVB模块PWM初始化程序
WAIT
NOP
B WAIT
;系统初始化程序
SYSINIT:
SETC INTM
CLRC SXM
CLRC OVM
CLRC CNF ;B0区被配置为数据空间
LDP #0E0H ;指向7000h-7080h区
SPLK #81FEH,SCSR1 ;时钟4倍频,CLKIN=6M,CLKOUT=24M
SPLK #0E8H,WDCR ;不使能WDT
LDP #0
SPLK #0002H,IMR ;使能中断第2级INT2
SPLK #0FFFFH,IFR ;清全部中断标志
RET
;EVB模块的PWM初始化程序
PWM_INIT:
LDP #DP_PF2 ;指向7080h-7100h区
LACL MCRC
OR #007EH ;IOPE[1-6]被配置为基本功能方式:PWM[7-12]
SACL MCRC
LDP #DP_EVB ;指向7500h-7580h区
SPLK #0FFFFH,EVBIFRA ;清EVB 全部中断标志
SPLK #0666H,ACTRB ;PWM12,10,8 低有效,PWM11,9,7 高有效
SPLK #00H,DBTCONB ;不使能死区控制
SPLK #10H,CMPR4 ;设置比较初值 PWM7高电平占50/60, 低电平占10/60
SPLK #20H,CMPR5 ;设置PWM9,10的比较寄存器
SPLK #30H,CMPR6 ;设置PWM11,12的比较寄存器
SPLK #60H,T3PR ;设置定时器3周期寄存器,
;即PWM周期为60个CPU时钟周期
SPLK #0A600H,COMCONB ;使能比较 *** 作
SPLK #0,T3CNT
SPLK #41H,GPTCONB ;TCOMPOE=1,T3PIN=01
SPLK #080H,EVBIMRA ;通用定时器3使能
SPLK #0174EH,T3CON ;TMODE=10 连续增计数模式,TPS=111 预分频为128
;TENABLE=1 定时器计数使能, TCLKS=00 内部时钟
;TECMPR=1 定时器3比较使能, SELT3PR=0
CLRC INTM ;开总中断
RET
;定时器3中断程序
GISR2: ;优先级INT2中断人口
;保护现场
LDP #0 ;保存机器上下文
SST #0,st0_temp ;使用自动寻址,DP-0
SST #1,st1_temp ;保存状态寄存器到B2 DARAM
LDP #0
SACL context ;保存ACC的低16位
SACH context+1 ;保存ACC的高16位
SAR AR1,context+2
SAR AR2,context+3
SAR AR3,context+4
SAR AR4,context+5
SAR AR5,context+6
LDP #0E0H
LACC PIVR,1 ;读取外设中断向量寄存器（PIVR）,并左移一位
ADD #PVECTORS ;加上外设中断人口地址
BACC ;跳到相应的中断服务子程序
T3GP_ISR: ;通用定时器3中断人口
LDP #DP_EVB
SPLK #0,T3CNT
GISR2_RET: ;中断返回
;恢复现场
LDP #DP_EVA
SPLK #0FFFFH,EVAIFRA
LDP #0
LAR AR5,context+6
LAR AR4,context+5
LAR AR3,context+4
LAR AR2,context+3
LAR AR1,context+2
LACC context+1,16
ADDS context
LST #1, st1_temp
LST #0, st0_temp
CLRC INTM ;开总中断,因为一进中断就自动关闭总中断
RET
DSP技术的应用
语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。
图像/图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。
军事：保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。
仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。
自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。
医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。
家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏等。
生物医学信号处理举例：
CT：计算机X射线断层摄影装置。（其中发明头颅CT英国EMI公司的豪斯菲尔德获诺贝尔奖。）
CAT:计算机X射线空间重建装置。出现全身扫描，心脏活动立体图形，脑肿瘤异物，人体躯干图像重建。
心电图分析。
2407和2812是dsp2000系列性能最让人关注的两款芯片，在使用过两种芯片后，
特将两款芯片的异同来作一比较。
都是对于电机控制开发使用。由此，在外设上的配备上有较多的相似之处。
2407与2812的异同点
1、相同点：
1 时间管理器，来管理定时器和pwm，及电机光电码盘的接口，
2 多路ad来接受传感器的信号
3 通讯接口 spi can sci 使得可以方便的通讯
4 程序存储器和内部ram都有一定的容量满足不同的需求
5 3、3V电压供电，突出了低功耗的节电功能
6 可以进行程序和数据空间的外扩
7 jtag接口相同
8 内核相同 ，方便程序移植
同时，240x系列都有以下特点：
采用高性能静态CMOS技术，似的供电电压降为33V，减小了控制器的功耗；30MIPS的执行速度是得指令周期缩短到33ns，从而提高了实时控制能力
基于TMS320C2xx DSP的CPU核，保证了F240x系列DSP代码与TMS320系列DSP代码兼容
片内有很大的程序存储器以及数据/程序RAM，DRAM，SARAM
两个事件管理器模块，包括两个16位通用定时器，8个16位脉宽调制通道，3个捕获单元，片内光电编码器接口电路，16位通道AD转换器。事件管理器模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。
拥有较大的可扩展外部存储器
拥有看门狗定时器模块
控制器局域网络（CAN）20B模块，串行通信接口（SCI）模块，16位串行外设接口（SPI）模块
基于锁相环的时钟发生器，众多的通用I/O引脚，5个外部中断（两个电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断）
电源管理包括3种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗工作模式
2、不同点：
1 电压 2407 3。3V内核和IO供电，flash烧写电压5V 。2812 1。8V或者19V内核和3。3VIO供电，flash烧写电压33V 。上电次序，2407没有关系 ，2812 io先上电，核后上电
2 clk 2407最大40M 。2812 最大150M（内核电压19V）或者 135M（内核电压 18V）
3 下载程序方式 2407 编程器下载
2812 编程器下载 串口 spi
4 cpu 2407为16位处理器 。2812为32处理器
5 程序和数据空间 2407 flash32k ram2。5K可扩展196K 。2812 flash 16×128K ram 16×18K可扩展4M空间
6 时间管理器 2407 定时器16位 一个光电码盘接口。2812 定期器32位 有两个光电码盘接口
7 ad 2407 10位 2812 12位
8 sci 2407 1个 没有缓冲单元 2812 两个 具有缓冲单元
8 can 2407标准can符合2。0B协议 2812增强can和标准can 符合2。0B
9 mcbsp 2407 没有 2812 有
10 语言 2407 汇编 c 2812 汇编 c c＋＋
11 TI支持 2407没有提供较多的例程支持 2812 提供完整的模块例程支持
12 编程风格 2407倾向于模块编程 2812 类编程，并且结构性更强
13 寄存器的保护。2407没有对系统寄存器的保护，2812提供了保护机制
14 在开发环境的帮助文件上看，2407比2812要好点，2812的寄存器的设置和定 义帮助文件基本没有说明
正因为这些异同点，我们不难看出 2812已经比2407具有了更高的处理能力，更丰富的处理方式和更安全的系统结构，也增加了一部分2407所不具有的功能。
所以，信息处理量越来越大的DSP领域，可以预言，2812代替2407已经成为一种趋势。2407是2812的基础一级，2812比2407更加适应如今发展迅速。但我们现阶段还是要通过对2407的学习打好基础，以便更好的理解和学习2812,。
DSP未来发展
1、数字信号处理器的内核结构进一步改善，多通道结构和单指令多重数据(SIMD)、特大指令字组(VLIM)将在新的高性能处理器中将占主导地位，如Analog Devices的 ADSP-2116x。
2、DSP 和微处理器的融合：　
微处理器是低成本的，主要执行智能定向控制任务的通用处理器能很好执行智能控制任务，但是数字信号处理功能很差。而DSP的功能正好与之相反。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能，如数字蜂窝电话就需要监测和声音处理功能。因此，把DSP和微处理器结合起来，用单一芯片的处理器实现这两种功能，将加速个人通信机、智能电话、无线网络产品的开发，同时简化设计，减小PCB体积，降低功耗和整个系统的成本。例如，有多个处理器的Motorola公司的DSP5665x，有协处理器功能的Massan公司FILU-200，把MCU功能扩展成DSP和MCU功能的TI公司的TMS320C27xx以及Hitachi公司的SH-DSP，都是DSP和MCU融合在一起的产品。互联网和多媒体的应用需要将进一步加速这一融合过程。
3、DSP 和高档CPU的融合：
大多数高档GPP如Pentium 和PowerPC都是SIMD指令组的超标量结构，速度很快。LSI Logic 公司的LSI401Z采用高档CPU的分支预示和动态缓冲技术，结构规范，利于编程，不用担心指令排队，使得性能大幅度提高。Intel公司涉足数字信号处理器领域将会加速这种融合。
4、DSP 和SOC的融合：
SOC(System-On-Chip)是指把一个系统集成在一块芯片上。这个系统包括DSP 和系统接口软件等。比如Virata公司购买了LSI Logic公司的ZSP400处理器内核使用许可证，将其与系统软件如USB、10BASET、以太网、UART、GPIO、HDLC等一起集成在芯片上，应用在xDSL上，得到了很好的经济效益。因此，SOC芯片近几年销售很好，由1998年的16亿片猛增至1999年的345亿片。1999年，约39%的SOC产品应用于通讯系统。今后几年，SOC将以每年31%的平均速度增长，到2004年将达到13亿片。毋庸置疑，SOC将成为市场中越来越耀眼的明星。
5、DSP 和FPGA的融合：
FPGA是现场编程门阵列器件。它和DSP集成在一块芯片上，可实现宽带信号处理，大大提高信号处理速度。据报道，Xilinx 公司的Virtex-II FPGA对快速傅立叶变换(FFT)的处理可提高30倍以上。它的芯片中有自由的FPGA可供编程。Xilinx公司开发出一种称作Turbo卷积编译码器的高性能内核。设计者可以在FPGA中集成一个或多个Turbo内核，它支持多路大数据流，以满足第三代(3G)WCDMA无线基站和手机的需要，同时大大节省开发时间，使功能的增加或性能的改善非常容易。因此在无线通信、多媒体等领域将有广泛应用

并联好多小容量的电容作用是滤除电路各单元电路供电中的的干扰。
DSP：数字信号处理就是用数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术，它的英文原名叫digital signal processing，简称DSP。另外DSP也是digital signal processor的简称，即数字信号处理器
数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。

根据中央的提法和发展的实践,我们认为,新基建以 5G、人工智能、工业互联网,物联网,数据中心、云计算、固定宽带,重大 科技 设施为重点,致力于打造数字化、智能化的新型基础设施,运用数字化、智能化技术改造提升传统基础设施。新基建的核心:一是连接,二是计算,三是交互,四是安全。主要包括八个方面:基础网络、基础数据、基础硬件、基础软件、基础平台、基础应用、基础标准、基础安全。这是一不系统的,复杂的重大工程。

(一）基础网络:数据传输、万物互联的高速通道

基础网络以5G为关键支撑,由网络核心设备、传输设备、无线基站等构成,形成以有线网络、无线网络和卫星网络组成的“天地空”一体网络。根据使用范围和用途不同分为互联网、工业互联网、物联网。互联网主要是沟通人与人的网络,工业互联网主要是企业实现数字化管控的网络,物联网是实现万物互联的网络。重点是推进 5G 规模建网、固定宽带网络建设,构建具有强大交互功能的网络平台。我国已建成全球最大的光纤宽带网络和 4G 网络。2019 年末,我国 4G 用户总数达到128 亿户,光纤宽带用户总数达到 418亿户,均居全球第一。据华为预测,到 2020 年底,我国将占全球 5G 基站建设数的5%以上,用户数量占全球 70%以上。

（二）基础数据:数据分析、智能计算的要素资源

基础数据一部分是数据存储载体,以大数据中心、分布式数据中心为代表，另一部分是数据本身,是将大量非结构化数据转化为量化的数字信息存储,为数据计算、分析、应用提供可能。重点是构建数据开放、共享、应用、保护机制，促进数据合理流动、交易。据 IDC 和希捷公司报告显示,2018 年,中国数据圈占全球数据圈的 234%,即 76ZB;到 2025 年,中国数据规模将达486ZB,超过美国同期的数据产生量约 18ZB,成为全球最大的数据生产国。据赛迪研究院数据显示,2019 年中国互联网数据中心数量大约有 74 万个,市场规模从 2009 年的 728 亿元增长到 2019 年的 1562 亿元,预计 2022 年,中国互联网数据中心市场规模将超过 3200 亿元。

（三）基础硬件:网络连接、计算能力的核心内核

基础硬件以集成电路,电子元器件、半导体材料和设备,新型显示器为核心,包括手机、电脑,可穿戴设备等智能终端和网络连接设备,是构建新一代数字化,智能化网络的基本物质条件。重点是提升网络设备连接能力,智能计算能力。芯片作为集成电路的载体,是每年我国主要商品中进口数量,金额最多的。在 CPU、FPGADSP、MPU、DRAM 和 NAND Flash 等核心芯片产品市场,国产芯片几乎一片空白,高端芯片主要依赖进口。

（四）基础软件:高效运行、安全保障的重要基石

基础软件是数字技术之基,网络安全之盾。为硬件设备提供配套的 *** 作系统、数据库、中间件、应用软件等,主要是实现数据分析,处理,运算,为终端应用提供服务。重点是增强安全可靠的软件产品供给能力,构建具有国际竞争力的自主软件生态。2010—2019 年,我国软件业务收入从 134 万亿元增至2019 年的718万亿元,年复合增长率为18%。但关键基础软件仍被国外垄断。以 PC *** 作系统为例,NeaMarketShane 统计数据显示,2019年7月,Windows 10 占有46%,Windows 7 占有 36%,Mac OS 占有5%,前10 名中没有国产 *** 作系统,自主研发 *** 作系统主要是以开源系统 Limux 为基础的二次开发,国产 *** 作系统在核心技术和市场占有率上缺乏优势。

（五）基础平台:推动科研、推广应用的战略高地

基础平台指引领型、突破型、协同型、基础型的重大 科技 设施各类 科技 平台。如国家实验室,重点实验室、工程实验室、工程研究中心、企业技不下心；以头部企业牵引的交易型,社交型平台;重点是以底层基础技术与工艺构建起的开源开放平台和工业互联网,物联网等技术体系平台,产业生态平台。美国设立的洛斯阿拉莫斯、劳伦斯佰克利、橡树岭、阿贡等一批国家实验室,在宇宙观测、生命科学、粒子物理、物质微观结构等领域傲踞全球,支撑其在核电、生物医药、先进材料等技术、产业长期保持领先优势,被称为美国 科技 “皇冠上的钻石”。未来网络基础设施是我国在通信信息领域一项重大 科技 设施建设项目世干网络覆盖全画平个城市,建页平个主干网络节点、133 个边缘网络等,全长34万公里,支持4096个开行试验。

(六）基础应用:优化供给、提升效率的广阔舞台

基础应用指依托 5G、人工智能、互联网、物联网、云计算、区块链等新技术,广泛应用于经济 社会 各个领域。推进消费互联网、产业互联网、智慧城市互联网精细化、协同化发展,提升交通、能源、水利、物流、市政等传统基础设施数字化水平,提升医疗,教育,养老和 社会 治理智能化水平。重点是加快数字经济发展、智能 社会 建设。我国电子商务规模从 2008 年的 315 万亿元增长到 2019 年的 3481 万亿元,年均增速 20%。根据 IDC 数据,2019 年,我国云计算产业规模为 594 亿元,预计到 2025 年达到 7961亿元,年均增速37%。

（七）基础标准:规范发展、开放对接的基本准则

基础标准指适应网络化、数字化、智能化发展需要,覆盖规划设计、建设管理、运营维护、更新升级全过程和全生命周期的统一规范、先进适用的标准体系。纵向包括国家标准、行业标准、企业标准等,横向包括技术标准、管理标准,工作标准等。基础标准既是“硬规矩”，也是“软实力”。重点是在统一国迤逐进的同时,加快国内标准走向国际市场,在国际标准制定上争取更多话语权。5G 标准是众多技术的一个组合,有多个国家共同参与和推进。5G 标准集中表现在 5G 必要专利(SEP)数量上。截至 2020 年1月,全球 5G 专利声明达到 95526 项,申报的 5G 专利族 21571 个。其中,中国企业声明的 5G专利占3297%,华为以3147 族排名第一,前12 名中有4 家中国企业。

（八）基础安全:数据管理、网络治理的可靠保障

基础安全指网络系统正常运行,网络数据可用性,完整性和保密性得到保障,计算机硬件,软件和数据不因偶然和恶意的原因遭到破坏,更改和泄露。基础安全包括网络安全、数据安全、软硬件安全。重点要自主可控、能够抵御风险。一是网络安全:能够抵御恶意软件、恶意网址、移动安全、CVE 漏洞,互联网安全、Limux病毒对网络造成的恶意攻击。二是数据安全:防止对数据中心的网络攻击,防范数据泄露,确保经过网络传输和交换的数据不会发生增加、修改、丢失和泄露等。三是软硬件安全:避免因软件、硬件被恶意的破坏,造成网络终端被恶意攻击和控制。数据显示,2018 年全年捕获到的各类受僵尸网络控制的主机中,中国受害最严重。2019年,全球公开披露的高级持续性威胁报告共 596 篇,攻击目标以政府(245%),金融(147%)、防务(141%）、零售(87%)为主,地域上以中国、美国、韩国、中东为主要地区。

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