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當前DSP產(chǎn)品的主要特點

當前DSP產(chǎn)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(shù)：3

【字體：

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為了適應數(shù)字信號處理的需要，當前的DSP都設(shè)置了硬件乘法／累加器、大都能在半個指令周期內(nèi)完成乘法／累加運算。當前的水平已達到每秒數(shù)千萬次乃至數(shù)十億次定點運算或浮點運算的速度。
    為了滿足FFT、卷積等數(shù)字信號處理的特殊要求，當前的DSP大多在指令系統(tǒng)中設(shè)置了“循環(huán)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(shù)FFT所得時間已降到微秒量級。
    高速數(shù)據(jù)傳輸能力是DSP作高速實時處理的關(guān)鍵之一。新型的DSP大多設(shè)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(shù)據(jù)傳送，傳送速率可以達到每秒數(shù)百兆字節(jié)、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(jīng)成為了許多高級設(shè)計不可或缺的組成部分。其結(jié)果，使DSP廠商的投資集小于DSP體系結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)改進在于提高“并行性”，即在一個指令周期內(nèi)，DSP所能完成的操作的數(shù)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(jié)構(gòu)如下圖所示。這種32bit定點運算DSP在每個周期內(nèi)可以完成8個操作，其運算速度達到了每秒執(zhí)行20億條指令(2000MIPS)；如果片外存儲器能夠支持，其DMA的數(shù)據(jù)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(tǒng)就成為提高應用性能的重要途徑之一。許多算法，例如數(shù)字濾波、FFT、矩陣運算等，都包含有建立和-積形式的數(shù)列,或者是對矩陣一類規(guī)則結(jié)構(gòu)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(fā)展方向，是在提高單片DSP性能的同時，十分注重在結(jié)構(gòu)設(shè)計上為多處理器的應用提供方便。例如，TI的TMS320C40，設(shè)置了6個8bit的通信口，既可以作級聯(lián)，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(shè)計的。
    DSP系統(tǒng)設(shè)計和軟件開發(fā)是一個重要而困難的問題，往往需要相當規(guī)模的仿真調(diào)試系統(tǒng)，包括在線仿真器、許多電纜、邏輯分析儀以及其他的測試設(shè)備。在多處理器系統(tǒng)中、這個問題尤為突出。為了方便用戶的設(shè)計與調(diào)試，許多DSP在片上設(shè)置了仿真模塊或仿真調(diào)試接口。
    Motorola在其DSP片上設(shè)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(nèi)的寄存器、存儲器及外設(shè)，用單步運行、設(shè)置斷點、跟蹤等方式控制與調(diào)試程序。
    TI則在其TMS320系列芯片上設(shè)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(tǒng)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(diào)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(tǒng)開發(fā)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(shè)置和程序存儲器、數(shù)據(jù)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(shù)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(chǎn)廠家?guī)缀鯖]有例外地都采用了CMOS工藝等技術(shù)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(shè)備中的大量使用，例如便攜式計算機、移動通信設(shè)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(chǎn)廠家正積極研制并陸續(xù)推出低電壓片種。在降低功耗方面，有的片種設(shè)置了IDLE或WAIT狀態(tài)，在等待中斷到來期間，片內(nèi)除時鐘和外設(shè)以外的電路都停止工作；有的片種設(shè)置了STOP狀態(tài)，它比WAlT狀態(tài)更進一步，連內(nèi)部時鐘也停止工作，但保留了堆棧和外設(shè)的狀態(tài)�？傊�，低工作電壓和低功耗已成為DSP性能表征的重要技術(shù)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(qū)動器、調(diào)制解調(diào)器(Modem)、移動通信設(shè)備和個人數(shù)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(fā)展并更加深入地開拓DSP市場，各DSP生產(chǎn)廠家相繼提出了DSP核(DSP core)的概念并推出了相應的產(chǎn)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(shè)(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(shù)的發(fā)展，使用戶得以將自己的設(shè)計，通過DSP廠家的專業(yè)技術(shù)來加以實現(xiàn)，從而提高ASlC的水準，并大大縮短產(chǎn)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(shù)所開發(fā)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(jié)構(gòu)和性能不斷改善的同時、其開發(fā)環(huán)境和支持軟件，也得到了迅速的發(fā)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(tǒng)。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(guī)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(xù)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(yōu)化，尤其是對實時處理要求很苛刻的部分作優(yōu)化，然后匯編與連接，成為DSP的目標代碼。
    在應用軟件開發(fā)與調(diào)試環(huán)境方面，除開傳統(tǒng)的，在硬件或軟件仿真器上用Debug來調(diào)試之外，各廠家陸續(xù)推出廠一些針對DSP的操作系統(tǒng)(例如TI的Code Composer/Code Composer Studio)。
    這些操作系統(tǒng)運行在IBM-PC或其他的主機上為DSP應用軟件的開發(fā)提供良好的集成開發(fā)環(huán)境:用C語言等高級語言編寫的程序的調(diào)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(diào)試與檢查，最后匯編與連接成DSP可執(zhí)行目標代碼。這些操作系統(tǒng)的適用范圍正在擴大。
    DSP的生產(chǎn)廠家和一些其他的軟件公司，為DSP應用軟件的開發(fā)準備了一些適用的函數(shù)庫與軟件工具包，如針對數(shù)字濾波器和各種數(shù)字信號處理算法的子程序。以及各種接口程序等。這些經(jīng)過優(yōu)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(shù)的發(fā)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(fā)納入了EDA工作站的工作范疇，陸續(xù)推出了一些大型軟件包，為用戶自行設(shè)計所需要的DSP芯片和軟件提供了更為良好的環(huán)境。

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