DSP芯片,即�(shù)字信號處�器(Digital Signal Processing)。是一種特別適合于進行�(shù)字信號處理運算的微處理器�。其工作原理是接收模擬信號,�(zhuǎn)換為0�1的數(shù)字信�,再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強�,并在其他系�(tǒng)芯片中把�(shù)字數(shù)�(jù)解譯回模擬數(shù)�(jù)�?qū)嶋H�(huán)境格�。它不僅具有可編程�,而且其實時運行速度可達每秒�(shù)以千萬條復雜指令程序,遠遠超過通用微處理器,是�(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片.
DSP芯片的基本結(jié)�(gòu)包括�
1.哈佛�(jié)�(gòu)�2.流水線操作;3.專用的硬件乘法器�4.特殊的DSP指令�5.快速的指令周期�
哈佛�(jié)�(gòu)
哈佛�(jié)�(gòu)的主要特點是將程序和�(shù)�(jù)存儲在不同的存儲空間�,即程序存儲器和�(shù)�(jù)存儲器是兩個相互獨立的存儲器,每個存儲器獨立編址,獨立訪�。與兩個存儲器相對應的是系�(tǒng)中設置了程序總線和數(shù)�(jù)總線,從而使�(shù)�(jù)的吞吐率提高了一�。由于程序和存儲器在兩個分開的空間�,因此取指和�(zhí)行能完全重疊�
流水線與哈佛�(jié)�(gòu)相關,DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令�(zhí)行的時間,從而增強了處理器的處理能力。處理器可以并行處理二到四條指令,每條指令處于流水線的不同階��
CLLOUT1,取� N N-1 N-2,譯� N-1 N N-2,執(zhí)� N-2 N-1 N,專用的硬件乘法器,乘法速度越快,DSP處理器的性能越高。由于具有專用的應用乘法器,乘法可在一個指令周期內(nèi)完成�
特殊的DSP指令DSP芯片是采用特殊的指令??焖俚闹噶钪芷诠鸾Y(jié)�(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成電路的�(yōu)化設計可使DSP芯片的指令周期在200ns以下�
一般而言,定點DSP芯片的價格較便宜,功耗較�,但運算精度稍低。而浮點DSP芯片的優(yōu)點是運算精度�,且C語言編程�(diào)試方�,但價格稍貴,功耗也較大。例如TI的TMS320C2XX/C54X系列屬于定點DSP芯片,低功耗和低成本是其主要的特點。而TMS320C3X/C4X/C67X屬于浮點DSP芯片,運算精度高,用C語言編程方便,開�(fā)周期短,但同時其價格和功耗也相對較高�
DSP應用系統(tǒng)的運算量是確定選用處理能力為多大的DSP芯片的基�。運算量小則可以選用處理能力不是很強的DSP芯片,從而可以降低系�(tǒng)成本。相�,運算量大的DSP系統(tǒng)則必須選用處理能力強的DSP芯片,如果DSP芯片的處理能力達不到系統(tǒng)要求,則必須用多個DSP芯片并行處理。那么如何確定DSP系統(tǒng)的運算量以選擇DSP芯片�?下面我們來考慮兩種情況�
1.按樣點處理
所謂按樣點處理就是DSP算法對每一個輸入樣點循�(huán)一�。數(shù)字濾波就是這種情況。在�(shù)字濾波器�,通常需要對每一個輸入樣點計算一�。例如,一個采用LMS算法�256 抽頭的自適應FIR濾波�,假定每個抽頭的計算需�3個MAC周期,則256抽頭計算需�256×3�768個MAC周期。如果采樣頻率為8kHz,即樣點之間的間隔為125ms,DSP芯片的MAC周期�200ns,則768個MAC周期需�153.6ms的時間,顯然無法實時處理,需要選用速度更高的DSP芯片。表1.3示出了兩種信號帶寬對三種 DSP 芯片的處理要�,三種DSP芯片的MAC周期分別�200ns�50ns�25ns。從表中可以看出,對話帶的應�,后兩種DSP芯片可以實時實現(xiàn),對聲頻應用,只有第三種DSP芯片能夠?qū)崟r處理。當�,在這個例子中,沒有考慮其他的運算量�
2.按幀處理
有些�(shù)字信號處理算法不是每個輸入樣點循�(huán)一�,而是每隔一定的時間間隔(通常稱為幀)循�(huán)一�。例�,中低速語音編碼算法通常�10ms�20ms為一幀,每�10ms�20ms語音編碼算法循環(huán)一�。所�,選擇DSP芯片時應該比較一幀�(nèi)DSP芯片的處理能力和DSP算法的運算量。假設DSP芯片的指令周期為 p(ns),一幀的時間為Dt (ns�,則該DSP芯片在一幀�(nèi)所能提供的運算量為 Dt/p條指令。例如TMS320LC549-80的指令周期為12.5ns,設幀長為20ms,則一幀�(nèi)TMS320LC549-80所能提供的運算量為160萬條指令。因�,只要語音編碼算法的運算量不超過160萬條指令,就可以在TMS320LC549-80上實時運��
自個微處理器問世以來,微處理器技術水平得到了十分迅速的提高,而快速傅立葉交換等實用算法的提出促進了專門實現(xiàn)�(shù)字信號處理的一類微處理器的分化和發(fā)�。數(shù)字信號處理有別于普通的科學計算與分�,它強調(diào)運算處理的實時性,因此DSP除了具備普通微處理器所強調(diào)的高速運算和控制功能�,針對實時數(shù)字信號處�,在處理器結(jié)�(gòu)、指令系�(tǒng)、指令流程上具有許多新的特征,其特點如下�
?�?� 算術單元
具有硬件乘法器和多功能運算單元,硬件乘法器可以在單個指令周期內(nèi)完成乘法操作,這是DSP區(qū)別于通用的微處理器的一個重要標�。多功能運算單元可以完成加減、邏�、移�、數(shù)�(jù)傳送等操作。新一代的DSP�(nèi)部甚至還包含多個并行的運算單元。以提高其處理能力�
針對濾波、相�、矩陣運算等需要大量乘和累加運算的特點,DSP的算術單元的乘法器和加法�,可以在一個時鐘周期內(nèi)完成相乘、累加兩個運�。近年出�(xiàn)的某些DSP如ADSP2106X、DSP96000系列DSP可以同時進行�、加、減運算,大大加快了FFT的蝶形運算速度�
�2� 總線�(jié)�(gòu)
傳統(tǒng)的通用處理器采用統(tǒng)一的程序和�(shù)�(jù)空間、共享的程序和數(shù)�(jù)總線�(jié)�(gòu),即所謂的�?諾依曼結(jié)�(gòu)。DSP普遍采用了數(shù)�(jù)總線和程序總線分離的哈佛�(jié)�(gòu)或者改進的哈佛�(jié)�(gòu),極大的提高了指令執(zhí)行速度。片�(nèi)的多套總線可以同時進行取指令和多個數(shù)�(jù)存取操作,許多DSP片內(nèi)嵌有DMA控制器,配合片內(nèi)多總線結(jié)�(gòu),使�(shù)�(jù)塊傳送速度大大提高�
如TI公司的C6000系列的DSP采用改進的哈佛�(jié)�(gòu),內(nèi)部有一�256位寬度的程序總線、兩�32位的�(shù)�(jù)總線和一�32位的DMA總線。ADI公司的SHARC系列DSP采用超級哈佛�(jié)�(gòu)(Super Harvared Architecture Computer�,�(nèi)部集成了三套總線,即程序存儲器總�、數(shù)�(jù)存儲器總線和輸入輸出總線�
?�?� 專用尋址單元
DSP面向�(shù)�(jù)密集型應�,伴隨著頻繁的數(shù)�(jù)訪問,數(shù)�(jù)地址的計算也需要大量時間。DSP�(nèi)部配置了專用的尋址單元,用于地址的修改和更新,它們可以在尋址訪問前或訪問后自動修改內(nèi)�,以指向下一個要訪問的地址。地址的修改和更新與算術單元并行工�,不需要額外的時間�
DSP的地址�(chǎn)生器支持直接尋址、間接尋址操作,大部分DSP還支持位反轉(zhuǎn)尋址(用于FFT算法)和循環(huán)尋址(用于數(shù)字濾波算法)�
?�?� 片內(nèi)存儲�
針對�(shù)字信號處理的�(shù)�(jù)密集運算的需�,DSP對程序和�(shù)�(jù)訪問的時間要求很高,為了減小指令和數(shù)�(jù)的傳送時�,許多DSP�(nèi)部集成了高速程序存儲器和數(shù)�(jù)存儲�,以提高程序和數(shù)�(jù)的訪問存儲器的速度�
如TI公司的C6000系列的DSP�(nèi)部集成有1M�7M位的程序和數(shù)�(jù)RAM;ADI公司的SHARC系列DSP�(nèi)部集成有0.5M�2M位的程序和數(shù)�(jù)RAM,Tiger SHARC系列DSP�(nèi)部集成有6M位的程序和數(shù)�(jù)RAM�
?�?� 流水處理技�
DSP大多采用流水技�,即將一條指令的�(zhí)行過程分解成取指、譯�、取�(shù)、執(zhí)行等若干個階�,每個階段稱為一級流水。每條指令都由片�(nèi)多個功能單元分別完成取�、譯�、取�(shù)、執(zhí)行等操作,從而在不提高時鐘頻率的條件下減少了每條指令的執(zhí)行時��
?�?� DSP與其它處理器的差�
�(shù)字信號處理器(DSP)、通用微處理器(MPU�、微控制器(MCU)三者的區(qū)別在于:DSP面向高性能� 重復性、數(shù)值運算密集型的實時處�;MPU大量應用于計算機;MCU則適用于以控制為主的處理過程�
DSP的運算速度比其它處理器要高得多,以FFT、相關為�,高性能DSP不僅處理速度是MPU� 4�10倍,而且可以連續(xù)不斷地完成數(shù)�(jù)的實時輸入/輸出。DSP�(jié)�(gòu)相對單一,普遍采用匯編語言編程,其任務完成時間的可預測性相對于�(jié)�(gòu)和指令復雜(超標量指令)、嚴重依賴于編譯系統(tǒng)的MPU強得�。以一個FIR濾波器實�(xiàn)為例,每輸入一個數(shù)�(jù),對應每階濾波器系數(shù)需要一次乘、一次加、一次取�、二次取�(shù),還需要專門的數(shù)�(jù)移動操作,DSP可以單周期完成乘加并行操作以�3�4次數(shù)�(jù)存取操作,而普通MPU完成同樣的操作至少需�4個指令周�。因�,在相同的指令周期和片內(nèi)指令緩存條件�,DSP的運算送到可以超過MPU運算速度�4倍以��
正是基于 DSP的這些�(yōu)�,在新推出的高性能通用微處理器(如Pentium、Power PC 604e等)片內(nèi)已經(jīng)融入� DSP的功能,而以這種通用微處理器�(gòu)成的計算機在�(wǎng)絡通信、語音圖像處理、實時數(shù)�(jù)分析等方面的效率大大提高�
自從DSP芯片誕生以來,DSP芯片得到了飛速的�(fā)展。DSP芯片高速發(fā)�,一方面得益于集成電路的�(fā)展,另一方面也得益于巨大的市�。在短短的十多年時間,DSP芯片已經(jīng)在信號處理、通信、雷達等許多領域得到廣泛的應用。目�,DSP芯片的價格也越來越低,性能價格比日益提�,具有巨大的應用潛力。DSP芯片的應用主要有�
�1� 信號處理--�,數(shù)字濾�、自適應濾波、快速傅里葉變換、相關運�、頻譜分�、卷積等�
?�?� 通信--�,調(diào)制解�(diào)�、自適應均衡、數(shù)�(jù)加密、數(shù)�(jù)壓縮、回坡抵�、多路復�、傳�、擴頻通信、糾錯編�、波形產(chǎn)生等�
�3� 語音--如語音編�、語音合成、語音識�、語音增強、說話人辨認、說話人確認、語音郵�、語音儲存等�
?�?� 圖像/圖形--如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增�、動畫、機器人視覺��
?�?� 軍事--如保密通信、雷達處�、聲納處�、導航等�
?�?� 儀器儀�--如頻譜分�、函�(shù)�(fā)生、鎖相環(huán)、地震處理等�
?�?� 自動控制--如引擎控�、深�、自動駕�、機器人控制、磁盤控制�
?�?� �(yī)�--如助�、超聲設備、診斷工�、病人監(jiān)護等�
?�?� 家用電器--如高保真音響、音樂合�、音�(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電�/電視�
20世紀60年代以來,隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)�,數(shù)字信號處理技術應運而生并得到迅速的�(fā)展。在過去的二十多年時間里,數(shù)字信號處理已�(jīng)在通信等領域得到極為廣泛的應用�
�(shù)字信號處理是利用計算機或?qū)S锰幚碓O�,以�(shù)字形式對信號進行采集、變�、濾�、估值、增�、壓縮、識別等處理,以得到符合人們需要的信號形式�
�(shù)字信號處理是圍繞著數(shù)字信號處理的理論、實�(xiàn)和應用等幾個方面發(fā)展起來的。數(shù)字信號處理在理論上的�(fā)展推動了�(shù)字信號處理應用的�(fā)�。反過來,數(shù)字信號處理的應用又促進了�(shù)字信號處理理論的提高。而數(shù)字信號處理的實現(xiàn)則是理論和應用之間的橋梁�
�(shù)字信號處理是以眾多學科為理論基礎�,它所涉及的范圍極其廣�。例�,在�(shù)學領�,微積分、概率統(tǒng)�、隨機過程、數(shù)值分析等都是�(shù)字信號處理的基本工具,與�(wǎng)絡理論、信號與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關。近來新興的一些學�,如人工智能、模式識別、神�(jīng)�(wǎng)絡等,都與數(shù)字信號處理密不可�??梢哉f,數(shù)字信號處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基�,同時又使自己成為一系列新興學科的理論基礎�
顧名思義,DSP主要應用在數(shù)字信號處理中,目的是為了能夠滿足實時信號處理的要求,因此需要將�(shù)字信號處理中的常用運算執(zhí)行的盡可能快,這就決定了DSP的特點和關鍵技�。適合數(shù)字信號處理的關鍵技術:DSP包含乘法器、累加器、特殊地址�(chǎn)生器、領開銷循環(huán)�;提高處理速度的關鍵技術:流水線技術、并行處理技�、超常指令(VLIW�、超標量技�、DMA�。從廣義上講,DSP、微處理器和微控制器(單片機)等都屬于處理器,可以說DSP是一種CPU。DSP和一般的CPU又不�,的區(qū)別在于:CPU是馮.諾伊曼結(jié)�(gòu)�;DSP是數(shù)�(jù)和地址空間分開的哈佛結(jié)�(gòu)�
世界上個單� DSP 芯片應當�1978� AMI公司�(fā)布的 S2811�1979年美國Intel公司�(fā)布的商用可編程器�2920是DSP芯片的一個主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有�(xiàn)代DSP芯片所必須有的單周期乘法器�1980 �,日� NEC 公司推出的μP D7720是個具有乘法器的商� DSP 芯片�
在這之�,最成功的DSP 芯片當數(shù)美國德州儀器公司(Texas Instruments,簡稱TI)的一系列�(chǎn)�。TI 公司�1982年成功推出其� DSP 芯片 TMS32010及其系列�(chǎn)品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17�,之后相繼推出了第二代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芯片的改進型TMS320C2XX,集多片DSP芯片于一體的高性能DSP芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等。TI將常用的DSP芯片歸納為三大系�,即:TMS320C2000系列(包括TMS320C2X/C2XX�、TMS320C5000系列(包括TMS320C5X/C54X/C55X)、TMS320C6000系列(TMS320C62X/C67X�。如�,TI公司的一系列DSP�(chǎn)品已�(jīng)成為當今世界上最有影響的DSP芯片。TI公司也成為世界上� DSP 芯片供應�,其DSP市場份額占全世界份額�50�。目前,DSP處理器仍被TI、AGERE、ADI等占領,�(chǎn)品受外國大企�(yè)控制。國�(nèi)�(fā)展DSP的廠商并不多,而主要的應用�(chǎn)品是DVD與無線電話等,因此國�(nèi)DSP的產(chǎn)值并不高。而在�(chǎn)品應用上,目前重要的DSP應用�(chǎn)�,如移動電話、調(diào)制解�(diào)�、HDD等個人計算機與通訊領域應用�(chǎn)�,都是采用國際大廠的DSP solution�
DSP技術應用到我們生活的每一個角�,從軍用到民�,從航空航天到生�(chǎn)生活,都越來越多地使用DSP�
DSP技術在航空航天方面,主要用于雷達和聲納信號處理;在通信方面,主要用于移動電�、IP電話(voice over IP)、ADSL和HFC的信號傳�;在控制方面,主要用于電機控�、光�(qū)和硬盤驅(qū)動器;在測試/測量方面,主要用于虛擬儀�、自動測試系�(tǒng)、醫(yī)療診斷等;在電子娛樂方面,主要用于高清晰度電�(HDTV)、機頂盒(STB)、AC-3、家庭影陀DVD等應�;還有數(shù)字相�、網(wǎng)絡相機等等都應用了DSP技�。同時,SOC芯片系統(tǒng)、無線應用、嵌入式DSP都是未來DSP的發(fā)展方向和趨勢??梢哉f,沒有DSP就沒有對互聯(lián)�(wǎng)的訪�,也不會有多媒體,也沒有無線通信。因此,DSP仍將是整個半導體工業(yè)的技術驅(qū)動力?,F(xiàn)�,DSP應用領域不斷拓寬,其函蓋面包括寬帶Internet接入�(yè)務、下一代無線通信系統(tǒng)的發(fā)�、數(shù)字消費電子市場、汽車電子市場的�(fā)展等諸多多方��
DSP的開�(fā)工具包括各種仿真軟件、調(diào)試軟�、硬件仿真器、評估板、初學者實驗套�、教學套件等。國外有一些DSP的咨詢公司及�(wǎng)�,他們起到DSP用戶和DSP芯片供應商、DSP第三方之間的橋梁作用,也會為客戶提供設計、提供軟件和硬件及出版資料圖�,有些還辦培訓班。國�(nèi)也有不少DSP論壇,以便用戶之間進行DSP技術的交流�
中國DSP市場增長迅速,在DSP應用方面中國一直保持著與國際上DSP技術同步的�(tài)�,從DSP芯片面世開始,中國就有單位應用、銷售DSP芯片。隨著中國社會數(shù)字化、信息化的進展和中國經(jīng)濟的持續(xù)�(wěn)定增�,刺激了電子信息產(chǎn)�(yè)和市場的快速發(fā)�,推動了DSP的廣泛應��
維庫電子�,電子知�,一查百��
已收錄詞�121266�