dsp簡(jiǎn)介

1、DSP的產(chǎn)生和發(fā)展的產(chǎn)生和發(fā)展世界上第一片DSP芯片是1978年AMI公司的S2811，1979年美國(guó)Intel公司宣布生產(chǎn)的商用可編程器件2920是DSP芯片的一個(gè)主要標(biāo)志。但是，這兩種芯片內(nèi)部都沒(méi)有現(xiàn)代DSP芯片所必須的單周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的μPD7720是第一片具有硬件乘法器的商用DSP芯片。美國(guó)德州儀器公司(TI公司)在1982年成功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列產(chǎn)品。第一個(gè)采用CMOS工

2、藝生產(chǎn)浮點(diǎn)DSP芯片的是日本的日立（Hitachi）公司，該公司于1982年推出了浮點(diǎn)DSP芯片。而第一片高性能的浮點(diǎn)DSP芯片是AT&T公司于1984年推出的DSP32。飛思卡爾（Freescale）公司的前身摩托羅拉公司半導(dǎo)體部，1986年推出了定點(diǎn)處理器MC56001。1990年推出了與IEEE浮點(diǎn)格式兼容的浮點(diǎn)DSP芯片MC96002。到2005年，飛思卡爾公司推出了56F8300系列的定點(diǎn)DSP，如56F83367、56F83

3、34等。美國(guó)模擬器件公司(AnalogDevices簡(jiǎn)稱AD)也相繼推出了一系列具有自己特點(diǎn)的DSP芯片其定點(diǎn)DSP芯片有ADSP210121032105、ASDP21112115、ADSP216121622164以及ADSP21712181等。經(jīng)過(guò)30多年的不斷技術(shù)創(chuàng)新，DSP芯片得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)制造工藝不斷提高。(2)片內(nèi)存儲(chǔ)器容量不斷加大。(3)內(nèi)部結(jié)構(gòu)日益完善，片內(nèi)外設(shè)接口不斷豐富。(4)處理

4、速度不斷加快。(5)運(yùn)算精度不斷提高。(6)開發(fā)工具更加智能化，功能也日益強(qiáng)大。DSP處理器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)為了實(shí)現(xiàn)高速數(shù)字信號(hào)處理以及實(shí)時(shí)地進(jìn)行系統(tǒng)控制，DSP芯片一般都采用了不同于通用CPU和MCU的特殊軟硬件結(jié)構(gòu)。盡管不同公司的DSP其結(jié)構(gòu)不盡相同，但是在處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)等方面有許多共同點(diǎn)。也就是說(shuō)，通常的DSP芯片都包含以下特點(diǎn)：（1）哈佛結(jié)構(gòu)和改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的通用微處理器內(nèi)部大多采用馮諾依曼結(jié)構(gòu)(VonNeumannArc

5、hitecture)其片內(nèi)程序空間和數(shù)據(jù)空間共用一個(gè)公共的存儲(chǔ)空間和單一的地址與數(shù)據(jù)總線。將指令、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在同一存儲(chǔ)器中，統(tǒng)一編址，依靠指令計(jì)數(shù)器提供的地址對(duì)指令、數(shù)據(jù)信息進(jìn)行區(qū)分。為了進(jìn)一步提高DSP的處理速度，DSP芯片內(nèi)部一般采用哈佛結(jié)構(gòu)（HarvardArchitecture）或改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)。哈佛結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是計(jì)算機(jī)具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和程序存儲(chǔ)空間，即將數(shù)據(jù)和程序分別存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)器中，每個(gè)存儲(chǔ)器單獨(dú)編址、獨(dú)立訪問(wèn)。相

6、應(yīng)地系統(tǒng)中有獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線和程序總線這樣就允許CPU同時(shí)執(zhí)行取指令和取數(shù)據(jù)操作，從而提高了系統(tǒng)運(yùn)算速度。不過(guò)與馮諾依曼結(jié)構(gòu)相比哈佛結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。（2）流水線技術(shù)計(jì)算機(jī)在執(zhí)行一條指令時(shí)總要經(jīng)過(guò)取指令(Fetch)、譯碼(Decode)、取操作數(shù)(Oper)、執(zhí)行操作（Excute）等幾個(gè)步驟需要若干個(gè)機(jī)器周期才能完成。DSP芯片廣泛采用流水線技術(shù)（Pipline）以減少指令執(zhí)行時(shí)間，從而增強(qiáng)了處理器的處理能力。流水線操作就是將一條指令的

7、執(zhí)行分解成多個(gè)階段，在多條指令同時(shí)執(zhí)行過(guò)程中，每個(gè)指令的執(zhí)行階段可以相互重疊進(jìn)行。流水線技術(shù)是以哈佛結(jié)構(gòu)和內(nèi)部多總線結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的。通常指令重疊數(shù)也稱為流水線深度，從2～6級(jí)不等。在流水線操作中，取指令、譯碼、取操作數(shù)、執(zhí)行操作可以獨(dú)立進(jìn)行。（3）硬件乘法器和乘加指令MAC在控制系統(tǒng)的算法中，乘法和累加運(yùn)算是使用率比較高的基本運(yùn)算。通用計(jì)算機(jī)的乘法是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，一次乘法往往需要許多個(gè)機(jī)器周期才能完成。為了提高DSP處理器的運(yùn)算速度，在

8、DSP內(nèi)核當(dāng)中都集成了硬件乘法器，并且設(shè)置了MAC(乘并且累加)一類的指令?？梢栽趩沃芷趦?nèi)取兩個(gè)操作數(shù)，然后相乘，并將乘積加到累加器里。通常定點(diǎn)DSP中還會(huì)設(shè)有輸入移位寄存器和輸出移位寄存器以方便運(yùn)算過(guò)程中的數(shù)字定標(biāo)。（4）特殊的DSP指令在DSP中通常設(shè)有低開銷或無(wú)開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持快速的中斷處理和硬件IO支持并具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址發(fā)生器。由于具有特殊的硬件支持，為了更好地滿足數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的需要在DSP芯片的指令

9、系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一些特殊的DSP指令，以充分發(fā)揮DSP算法及各系列芯片的特殊設(shè)計(jì)功能。這些指令大多是多功能指令，即一條指令可以完成幾種不同的操作，或者說(shuō)一條指令具有幾條指令的功能。（5）豐富的片內(nèi)外設(shè)DSP處理器為了自身工作的需要和與外部環(huán)境的協(xié)調(diào)工作，往往都設(shè)置了豐富的片內(nèi)外設(shè)（OnChipPeripherals）。一般說(shuō)來(lái)，DSP處理器的外設(shè)主要包括：?時(shí)鐘發(fā)生器(振蕩器與鎖相環(huán)PLL)?定時(shí)器模塊?通用IO接口?通信模塊?AD轉(zhuǎn)換模塊

10、?PWM模塊?JTAG邊界掃描邏輯電路(IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn))便于對(duì)DSP處理器作片上的在線仿真，以及多DSP處理器條件下的調(diào)試。DSP處理器的性能指標(biāo)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展目前市場(chǎng)上已有上百種DSP芯片。各個(gè)DSP芯片制造商所生產(chǎn)的DSP芯片在結(jié)構(gòu)上差別很大。即使同一個(gè)公司的DSP產(chǎn)品，因?yàn)镈SP類型的不同，其結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)也常常會(huì)有非常大的差異。DSP的性能不能像PC機(jī)那樣可以用CPU的時(shí)鐘頻率和型號(hào)來(lái)表征，而必須用可量化的性能指標(biāo)

11、來(lái)衡量。DSP的綜合性能指標(biāo)除了與芯片的處理能力直接有關(guān)外，還與DSP的片內(nèi)、片外數(shù)據(jù)傳輸能力有關(guān)。以下是衡量DSP處理性能的一些常用指標(biāo)。?MIPS(MillionInstructionPerSecond)兆條指令秒?MOPS(MillionOperationsPerSecond)兆次操作數(shù)秒?MACS(MultiplyAccumulatesPerSecond)乘累加次數(shù)秒?MFLOPS(MillionFloatingPointOpe