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當前DSP產品的主要特點

當前DSP產品的主要特點

作者:佚名來源:不詳錄入:jdzj868 更新時間：2009-6-5 9:19:15 點擊數：3

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為了適應數字信號處理的需要，當前的DSP都設置了硬件乘法／累加器、大都能在半個指令周期內完成乘法／累加運算。當前的水平已達到每秒數千萬次乃至數十億次定點運算或浮點運算的速度。
    為了滿足FFT、卷積等數字信號處理的特殊要求，當前的DSP大多在指令系統中設置了“循環尋址”(Circular addressing)及“位倒序”(bit-reversed)指令和其他特殊指令，使得在作這些運算時尋址、排序及計算速度大大提高。單片DSP作1024點復數FFT所得時間已降到微秒量級。
    高速數據傳輸能力是DSP作高速實時處理的關鍵之一。新型的DSP大多設置了單獨的DMA總線及其控制器，在不影響或基本不影響DSP處理速度的情況下，作并行的數據傳送，傳送速率可以達到每秒數百兆字節、主要受到片外存儲器速度的限制。
    隨著應用的日益廣泛，DSP已經成為了許多高級設計不可或缺的組成部分。其結果，使DSP廠商的投資集小于DSP體系結構、智能化程度更高的編譯程序、更好的查錯工具、以及更多的支持軟件。
    最明顯的結構改進在于提高“并行性”，即在一個指令周期內，DSP所能完成的操作的數量。一個突出例子是德克薩斯儀器公司(T1)1997年推出的帶有8個功能單元，使用超長指令字(VLIW，Very Long Instruction Word)的DSP TMS320C6x，其結構如下圖所示。這種32bit定點運算DSP在每個周期內可以完成8個操作，其運算速度達到了每秒執行20億條指令(2000MIPS)；如果片外存儲器能夠支持，其DMA的數據傳輸能力可以達到每秒800MByte。
    盡管當前的DSP已達到較高的水平，但在一些實時性要求很高的場合，單片DSP的處理和能力還不能滿足要求。因而，多處理器系統就成為提高應用性能的重要途徑之一。許多算法，例如數字濾波、FFT、矩陣運算等，都包含有建立和-積形式的數列,或者是對矩陣一類規則結構作有序處理。在許多情況下，都可以將算法分解為若干級，用串行或并行來加快處理速度。因此，新型DSP的發展方向，是在提高單片DSP性能的同時，十分注重在結構設計上為多處理器的應用提供方便。例如，TI的TMS320C40，設置了6個8bit的通信口，既可以作級聯，也可以作并行連接。每個口都有DMA能力。這就是專門為多處理器應用而設計的。
    DSP系統設計和軟件開發是一個重要而困難的問題，往往需要相當規模的仿真調試系統，包括在線仿真器、許多電纜、邏輯分析儀以及其他的測試設備。在多處理器系統中、這個問題尤為突出。為了方便用戶的設計與調試，許多DSP在片上設置了仿真模塊或仿真調試接口。
    Motorola在其DSP片上設置了一個onCE(on-Chip Emulation)功能塊，用特定的電路和引腳，使用戶可以檢查片內的寄存器、存儲器及外設，用單步運行、設置斷點、跟蹤等方式控制與調試程序。
    TI則在其TMS320系列芯片上設置了符合IEEE1149標準JTAG(Joint Test Action Group)標準測試接口及相應的控制器，從而不但能控制和觀察多處理器系統中每一個處理器的運行，測試每一塊芯片，還可以用這個接口來裝入程序。在PC機上插入一塊調試插板，接通JTAG接口，就可以在PC上運行一個軟件去控制它。PC機上有多個窗口顯示，每個窗口觀察多個處理器中的一個，這就極大地簡化了多處理器系統開發的復雜性。在TMS320中，和JTAG測試口同時工作的還有一個分析模塊，它支持斷點的設置和程序存儲器、數據存儲器、DMA的訪問、程序的單步運行和跟蹤，以及程序的分支和外部中斷的計數等。
    DSP的處理速度越來越高，功能越來越強，但隨之而付出的代價是功耗也越來越大。而且，隨著鐘頻的提高，功耗急速加大。盡管生產廠家幾乎沒有例外地都采用了CMOS工藝等技術手段來降低功耗，但有的單片DSP的功耗已達10w以上。隨著DSP的大量使用，特別是在用電池供電的便攜式設備中的大量使用，例如便攜式計算機、移動通信設備和便攜式測試儀器等，迫切要求DSP在保持與提高工作性能的同時，降低工作電壓，減小功耗。為此，各DSP生產廠家正積極研制并陸續推出低電壓片種。在降低功耗方面，有的片種設置了IDLE或WAIT狀態，在等待中斷到來期間，片內除時鐘和外設以外的電路都停止工作；有的片種設置了STOP狀態，它比WAlT狀態更進一步，連內部時鐘也停止工作，但保留了堆棧和外設的狀態。總之，低工作電壓和低功耗已成為DSP性能表征的重要技術指標之一。
    隨著專用集成電路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)的廣泛使用，迫切要求將DSP的功能集成到ASlC中。例如，在磁盤／光盤驅動器、調制解調器(Modem)、移動通信設備和個人數字助理(PDA，Personal Digital Assistant)等應用中，這種要求來得相當突出。為了順應這種發展并更加深入地開拓DSP市場，各DSP生產廠家相繼提出了DSP核(DSP core)的概念并推出了相應的產品。一般說來，DSP核是通用DSP器件中的CPU部分，再配以按照客戶的需要所選擇的存儲器(包括Cache、RAM；ROM、flash、EPROM等以及固化的用戶軟件)和外設(包括串口、并口、主機接口、DMA、定時器等)，組成用戶的ASIC。DSP核概念的提出與技術的發展，使用戶得以將自己的設計，通過DSP廠家的專業技術來加以實現，從而提高ASlC的水準，并大大縮短產品的上市時間。DSP核的一個典型的應用是U．S．Robotis公司利用TI的DSP核技術所開發的X2芯片，最早成功地將56kbps的Modem推向了市場。除開TI公司的TMS320系列DSP核之外，Motorola公司的DSP66xx系列和AD公司的ADSP21000系列等，也都是得到成功應用的DSP核。
    在DSP硬件結構和性能不斷改善的同時、其開發環境和支持軟件，也得到了迅速的發展與不斷的完善。
    各公司出品的DSP都有各自的匯編語言指令系統。使用匯編語言來編制DSP應用軟件是一件繁瑣與困難的工作。隨著DSP處理速度的加快與功能的增強，其尋址空間越來越大，目標程序的規模也越來越大，從而使得用高級語言來對DSP編程成為必須而且緊迫的任務。各公司陸續推出廠適用于DSP的高級語言編譯器，主要是C語言編譯器，也有Ada，Pascal等編譯器。它們能將高級語言編寫的程序，編譯成相應的DSP匯編源程序。程序員可在這里對DSP源程序作修改與優化，尤其是對實時處理要求很苛刻的部分作優化，然后匯編與連接，成為DSP的目標代碼。
    在應用軟件開發與調試環境方面，除開傳統的，在硬件或軟件仿真器上用Debug來調試之外，各廠家陸續推出廠一些針對DSP的操作系統(例如TI的Code Composer/Code Composer Studio)。
    這些操作系統運行在IBM-PC或其他的主機上為DSP應用軟件的開發提供良好的集成開發環境:用C語言等高級語言編寫的程序的調試，用針對DSP的C語言等編譯器將其編譯成相應的DSP匯編源程序，進一步的修改、調試與檢查，最后匯編與連接成DSP可執行目標代碼。這些操作系統的適用范圍正在擴大。
    DSP的生產廠家和一些其他的軟件公司，為DSP應用軟件的開發準備了一些適用的函數庫與軟件工具包，如針對數字濾波器和各種數字信號處理算法的子程序。以及各種接口程序等。這些經過優化的子程序為用戶提供了極大的方便。
    隨著專用集成電路(ASIC)技術的發展和DSP應用范圍的迅速擴大，一些EDA公司也將DSP的硬件和軟件的開發納入了EDA工作站的工作范疇，陸續推出了一些大型軟件包，為用戶自行設計所需要的DSP芯片和軟件提供了更為良好的環境。

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