數(shù)字信號(hào)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(hào)處理操作的。它的主機(jī)應(yīng)用程序是實(shí)時(shí),快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。
數(shù)字信號(hào)處理器的功能使用哈佛結(jié)構(gòu),將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開。用于單指令流,多數(shù)據(jù)流(SIMD)操作的特殊指令集??梢圆⑿刑幚?,但不支持多任務(wù)。在主機(jī)環(huán)境中使用時(shí),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(hào)的數(shù)據(jù)。能夠在一個(gè)指令周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)乘法和累加(MAC)操作。因此,多個(gè)乘法和累加運(yùn)算單元被集成到DSP中,其可以執(zhí)行并行的乘法和累加運(yùn)算。能夠在一個(gè)指令周期內(nèi)完成對存儲(chǔ)器的多次讀取。因此,多個(gè)片上總線和多端口片上存儲(chǔ)器與DSP集成在一起。為了加快處理器中的操作,將多個(gè)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(gè)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(hào)處理器的選擇具有以下原理,總結(jié)如下:1.算法格式。定點(diǎn)算法的動(dòng)態(tài)范圍較小。例如,16位定點(diǎn)算法的動(dòng)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(hào)處理器都是定點(diǎn)的,約占67%。浮點(diǎn)算法具有較大的動(dòng)態(tài)范圍,例如32位浮點(diǎn)算法,其動(dòng)態(tài)范圍為1536dB。處理速度遠(yuǎn)高于定點(diǎn),總線寬度也比定點(diǎn)寬。編程更容易,但是成本更高,功耗更高。。浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器主要用于高端產(chǎn)品。2.數(shù)據(jù)寬度。所有浮點(diǎn)DSP均為32位寬,而定點(diǎn)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(chǔ)器的容量,因此直接影響DSP的成本。3.速度。選擇DSP時(shí),速度是最重要的考慮因素。DSP的速度通常是指令周期的時(shí)間,但也指核心功能(例如FIR或IIR濾波器)的計(jì)算時(shí)間。一些DSP使用非常大的指令字組(VLIW)結(jié)構(gòu),可以在一個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行多個(gè)指令。它與時(shí)鐘的工作頻率密切相關(guān)。4.內(nèi)存結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)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(shí)讀取數(shù)據(jù)和指令,不同的方法有不同的速度。在一個(gè)指令周期內(nèi)讀取一條指令和兩條數(shù)據(jù),以實(shí)現(xiàn)快速M(fèi)AC操作。該結(jié)構(gòu)可以是多端口存儲(chǔ)器,用于指令和數(shù)據(jù)的單獨(dú)存儲(chǔ)器或指令緩沖區(qū)。另一方面,存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)還包括片上和片外支持的存儲(chǔ)器的大小。大多數(shù)定點(diǎn)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(diǎn)DSP的片上存儲(chǔ)器較小,但它們需要較大的外圍存儲(chǔ)器,例如TI的TMS320C30。5.功耗。許多DSP用于便攜式設(shè)備,例如移動(dòng)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(shí)會(huì)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(hào)處理器使用匯編語言進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化以減少計(jì)算時(shí)間。數(shù)字信號(hào)處理器供應(yīng)商通常會(huì)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(shí)時(shí)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(jià)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(huì)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(gè)處理器。如果需要特別快的計(jì)算速度,則可以使用多個(gè)處理器并行工作。此時(shí),每個(gè)處理器的內(nèi)部連接可能是一個(gè)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(gè)雙向總線配合使用。通過一個(gè)公共的外部總線很容易將多達(dá)六個(gè)處理器連接到一個(gè)系統(tǒng)中。