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  DSP芯片
DSP简介
DSP(digital signal processor)芯片,也称数字信号处理器,是一种专门为快速实现各种数字信号处理算法而设计的、具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,广泛采用流水线操作,提供特殊的DSP指令,可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。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。强大的数据处理能力和高运行速度,是它最值得称道的两大特色。DSP芯片一般具有以下主要特点:
(1)内部采用程序和数据分开的哈佛总线结构,可同时对数据和程序寻址;
(2)广泛采用流水线操作,取指、译码和执行等操作可以重叠执行;
(3)有专门的硬件乘法器,使乘法可以在一个指令周期内完成;
(4)专为信号处理而设计的指令系统;
(5)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;;
(6)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持;;
(7)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器;;
(8)可以并行执行多个操作;;
(9)快速的中断处理和硬件I/O支持。
DSP的应用领域
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。
图形、图像处理: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、图像曾强等。
通 信:调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回坡抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、波形产生等。
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、CT、CAT、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。
DSP芯片的发展过程
世界上第一个单片DSP芯片是1978年AMI公司宣布的S2811,而1979年美国Iintel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。但这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必需的单周期乘法器。1980年日本NEC公司推出的μPD7720是第一个具有乘法器的商用DSP芯片。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公司推出了MB8764微处理器,其指令周期为120ns,具有双内部总线结构,使数据处理的吞吐量发生了一个巨大的飞跃。第一个高性能的浮点DSP芯片应是AT&T公司于1984年推出的SP32。
最成功的DSP;芯片厂商当数美国德州仪器公司(TexasInstruments,简称TI)。TI公司在1982年成功推出了第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17,之后又相继推出了第二代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。如今,TI公司的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,在全世界的市场份额已将近50%。
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80年代初的400ns(如TMS32010)降低到40ns(如TMS32C40),处理能力提高了10多倍。DSP芯片内部关键的乘法器部件从1980年占模区的40%左右下降到5%以下,片内RAM增加了一个数量级以上。从制造工艺来看,1980年采用4μm的N沟道MOS工艺,而现在则普遍采用亚微米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。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。
DSP芯片的分类
DSP的芯片可以按照以下的三种方式进行分类:
按基础特性分:
根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类。如果DSP芯片在某时钟频率范围内的任何频率上能正常工作,除计算速度有变化外,没有性能的下降,这类DSP芯片一般称之为静态DSP芯片。
如果有两种或两种以上的DSP芯片,它们的指令集和相应的机器代码机管脚结构相互兼容,则这类DSP芯片称之为一致性的DSP芯片。
按数据格式分:
根据DSP芯片工作的数据格式来分类。数据以定点格式工作的DSP芯片称之为定点DSP芯片。以浮点格式工作的称为DSP芯片。不同的浮点DSP芯片所采用的浮点格式不完全一样,有的DSP芯片采用自定义的浮点格式,有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式。
按用途分:
按照DSP芯片的用途来分,可分为通用型DSP芯片和专用型的DSP芯片。通用型DSP芯片适合普通的DSP应用,如TI
公司的一系列DSP芯片。专用型DSP芯片市为特定的DSP运算而设计,更适合特殊的运算,如数字滤波,卷积和FFT等。
DSP芯片的选择
在设计DSP应用系统时,选择DSP芯片是非常重要的一个环节。只有选定了合适的DSP芯片才能进一步设计系统的其它电路。总的来说,DSP芯片的选择方式应由实际的应用系统需求而确定,应考虑如下因素:
1、DSP芯片的运算速度;
运算速度是DSP芯片的一个最重要的性能指标,也是选择DSP芯片时所需要考虑的一个主要因素。DSP芯片的运算速度可以用以下几种性能指标来衡量:
(1)指令周期,就是执行一条指令所需要的时间,通常以ns为单位;
(2)MAC时间,即一次乘法加上一次加法的时间;
(3)FFT执行时间,即运行一个N点FFT程序所需的时间;
(4)MIPS,即每秒执行百万条指令;
(5)MOPS,即每秒执行百万次操作;
(6)MFLOPS,即每秒执行百万次浮点操作;
(7)BOPS,即每秒执行十亿次操作。
2、DSP芯片的价格;
根据实际的应用情况,确定一个价格适中的DSP芯片,考虑的主要因素有:
3、DSP芯片的硬件资源;
4、DSP芯片的运算速度;
5、DSP芯片的开发工具; 
6、DSP芯片的功耗;
其它的因素,如封装的形式、质量标准、生命周期等。
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