數(shù)字信號處理器

  數(shù)字信號處理器也被稱為DSP芯片，是一種微處理器工具特別適用于數(shù)字信號處理操作的。它的主機應(yīng)用程序是實時，快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。

  數(shù)字信號處理器的功能使用哈佛結(jié)構(gòu)，將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開。用于單指令流，多數(shù)據(jù)流(SIMD)操作的特殊指令集。可以并行處理，但不支持多任務(wù)。在主機環(huán)境中使用時，它可以用作直接內(nèi)存訪問(DMA)設(shè)備。從模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)獲取數(shù)據(jù)，最終輸出是由數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)轉(zhuǎn)換為模擬信號的數(shù)據(jù)。能夠在一個指令周期內(nèi)實現(xiàn)一個或多個乘法和累加(MAC)操作。因此，多個乘法和累加運算單元被集成到DSP中，其可以執(zhí)行并行的乘法和累加運算。能夠在一個指令周期內(nèi)完成對存儲器的多次讀取。因此，多個片上總線和多端口片上存儲器與DSP集成在一起。為了加快處理器中的操作，將多個地址生成單元集成到DSP中以支持循環(huán)尋址和位翻轉(zhuǎn)尋址。處理器中的大多數(shù)操作都是重復(fù)操作。為了易于使用，大多數(shù)DSP支持這種重復(fù)操作，而無需為重復(fù)操作編寫其他指令。大多數(shù)DSP提供多個串行或并行I / O接口，以及特殊的I / O接口，以處理特殊的數(shù)據(jù)，從而降低成本并提高輸出/輸入性能。

  基于信息的介紹，數(shù)字信號處理器的選擇具有以下原理：

  1.算法格式。定點算法的動態(tài)范圍較小。例如，16位定點算法的動態(tài)范圍僅為96dB，這容易出現(xiàn)溢出問題，但成本低，功耗低。因此，大多數(shù)數(shù)字信號處理器都是定點的，約占67%。浮點算法具有較大的動態(tài)范圍，例如32位浮點算法，其動態(tài)范圍為1536dB。處理速度遠高于定點，總線寬度也比定點寬。編程更容易，但是成本更高，功耗更高。。浮點數(shù)字信號處理器主要用于高端產(chǎn)品。

  2.數(shù)據(jù)寬度。所有浮點DSP均為32位寬，而定點DSP大多為16位寬，也有24位，例如摩托羅拉的DSP563xx系列。和Zoran的ZR3800系列(均為20位)。數(shù)據(jù)寬度直接影響DSP芯片的尺寸，封裝引腳的數(shù)量以及外圍存儲器的容量，因此直接影響DSP的成本。

  3.速度。選擇DSP時，速度是最重要的考慮因素。DSP的速度通常是指令周期的時間，但也指核心功能(例如FIR或IIR濾波器)的計算時間。一些DSP使用非常大的指令字組(VLIW)結(jié)構(gòu)，可以在一個周期內(nèi)執(zhí)行多個指令。它與時鐘的工作頻率密切相關(guān)。

  4.內(nèi)存結(jié)構(gòu)。存儲器結(jié)構(gòu)(包括總線結(jié)構(gòu))對DSP的性能有很大影響。一方面，如何在執(zhí)行操作時讀取數(shù)據(jù)和指令，不同的方法有不同的速度。在一個指令周期內(nèi)讀取一條指令和兩條數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)快速MAC操作。該結(jié)構(gòu)可以是多端口存儲器，用于指令和數(shù)據(jù)的單獨存儲器或指令緩沖區(qū)。另一方面，存儲器結(jié)構(gòu)還包括片上和片外支持的存儲器的大小。大多數(shù)定點DSP面向嵌入式系統(tǒng)市場，因此其內(nèi)存很小。盡管某些浮點DSP的片上存儲器較小，但它們需要較大的外圍存儲器，例如TI的TMS320C30。

  5.功耗。許多DSP用于便攜式設(shè)備，例如移動電話，PDA和便攜式音頻播放器。功耗是這些產(chǎn)品的主要考慮因素。許多處理器供應(yīng)商降低了工作電壓(例如3.3V，2.5V，1.8V)，并增加了電源電壓管理功能，例如添加了“休眠模式”，當(dāng)不使用時會切斷大多數(shù)電源和未使用的外圍設(shè)備。減少能源消耗。

  6.易于編程。DSP的應(yīng)用對象主要是工程技術(shù)人員和工程師。早期的數(shù)字信號處理器使用匯編語言進行編程，后來的產(chǎn)品可以用C語言編寫，但是必須通過C編譯器將它們編譯為匯編語言源程序，并進行優(yōu)化以減少計算時間。數(shù)字信號處理器供應(yīng)商通常會提供開發(fā)工具。但是不同公司的DSP產(chǎn)品在軟件編程方面有很大的不同。因此，用戶應(yīng)選擇他們更熟悉的開發(fā)工具。這些工具包括軟件工具，例如匯編語言程序，鏈接器，模擬器，調(diào)試器，編譯器，代碼庫，實時操作系統(tǒng)等。硬件工具，例如開發(fā)板，仿真器等。通常來說，

  7.績效價格比。成本也是批量生產(chǎn)中的重要考慮因素。設(shè)備封裝也會影響芯片成本。網(wǎng)格陣列(PGA)包裝比塑料包裝PQFP和TQEP更昂貴。

  8.是否支持多個處理器。如果需要特別快的計算速度，則可以使用多個處理器并行工作。此時，每個處理器的內(nèi)部連接可能是一個重要問題。ADI公司的ADSP-2106x提供專用硬件。它具有雙向地址總線和數(shù)據(jù)總線，并且與六個雙向總線配合使用。通過一個公共的外部總線很容易將多達六個處理器連接到一個系統(tǒng)中。