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DSP处理器是什么(什么叫dsp处理器)

admin2022-12-02 04:15:27励志故事71人已围观

简介DSP处理器是什么(什么叫dsp处理器),本文通过数据整理汇集了DSP处理器是什么(什么叫dsp处理器)相关信息，下面一起看看。DSP是数字信号处理器(digitalsignalprocessor，DSP)的缩写，是专门用来实现信号处理算法的微处理器芯片。根据使用方法的不同，DSP可以分为专用DSP和可编程DSP，专用DSP只能用来实现一些特

DSP处理器是什么(什么叫dsp处理器),本文通过数据整理汇集了DSP处理器是什么(什么叫dsp处理器)相关信息，下面一起看看。

DSP是数字信号处理器(digital signal processor，DSP)的缩写，是专门用来实现信号处理算法的微处理器芯片。根据使用方法的不同，DSP可以分为专用DSP和可编程DSP，专用DSP只能用来实现一些特定的数字信号处理功能，如数字滤波、FFT等。专用DSP不需要编程，使用方便，处理速度快，但灵活性差。可编程DSP和GPP(通用处理器，如奔腾)一样，有完整的指令系统，通过软件实现各种功能。

DSP的发展

DSP的发展历史大致可以分为四个阶段：萌芽阶段、成长阶段、成熟阶段和突破阶段。

萌芽阶段：1982年前

在此期间，为了解决冯诺依曼结构的数字信号处理中总线与存储器之间的瓶颈效应，许多公司投入了大量的人力物力进行了大量的探索工作，开发出了一些DSP的原型，如AMI的S2811、Intel的2920、美国电话电报公司的DSP-1、NEC的uPD7720等。但这些产品速度太慢，开发工具严重不足，无法大规模开发，不能称之为真正意义上的DSP。第一个DSP是TI公司1982年生产的TMS320C10。它是一个哈佛结构的16位定点DSP，一个乘加器和一个累加器。TMS320C10完成——第二次乘加运算耗时390ns，即一秒钟可以完成约250万次乘加运算。或许正是因为生产出了第一个DSP，TI才在DSP领域独占鳌头30多年。

成长阶段：1982-1987年

在此期间，各公司相继开发了自己的DDSP，并不断改进。比如1985年TI推出的TMS320C20，有单指令周期的硬件支持，寻址空间达到64K字，并且有专门的地址寄存器，这样一次乘加运算只需要200ns。1987年，摩托罗拉推出了DSP56001，它使用24位数据和指令，有专门的地址寄存器，可以循环寻址。累加器有保护位，相乘并加上一个阈值只需75ns。此外，这一时期还有一些代表性的产品，如美国电话电报公司的DSPl6A、AD的ADSP-2100、TI的TMS320C50等。

成熟阶段：1987-1997年

在这个阶段，各公司不断取长补短，改进自己的设计，推出有特色的产品，如TI的TMS320C54系列，AD的ADSP2100系列，朗讯(原美国电话电报公司)的DSPl600系列，摩托罗拉的DSP56000系列。都支持3.3v电源，片内内存也很大。它们都有JTAG模块支持用户在线调试。此外，TI等公司还提供DSP的核心，为一些专用集成电路(ASIC)的开发提供了空间。此外，在成熟阶段，首次出现了多处理核心DSP，如ti的TMS320C80和摩托罗拉的MC68356等。虽然他们在商业上并不成功，但他们指出了一个潜在的发展方向。

突破阶段：1997年至今。

在此期间，DSP的发展非常迅速。每个公司都建立了自己完整的产品系列，从定点到浮点，从低端到高端，从通用到专用。而且在DSP设计上有了很大的飞跃，推出了一些性能突出的产品。许多公司采用先进技术相继开发出高计算性能的DSP，如AD的SHARC系列、TI的TMS320C6000系列、摩托罗拉的StarPro和Agere(原朗讯微电子)等。每秒可以完成1G以上的指令，运算速度惊人。TI还开发了功耗最低的DSP TMS320C55系列，为便携式设备提供了明智的选择。

回顾DSP二十多年的发展，也是电子、信息、微电子飞速发展的二十年。正是后者为DSP提供了必要的技术支持和广阔的应用空间，使得DSP及其相关技术日益受到人们的重视。

DSP的应用

DSP的产生主要是为了满足通信、雷达、数字电视等领域对实时数字信号处理的需求。典型的数字信号处理算法包括数字滤波、FFT等。这些算法的共同特点是密集的数学计算，因此DSP在架构上采取了一系列措施，使得其在数学计算上有着突出的表现。在其他方面，如文字处理和数据库管理，它不如GPP。除了密集的数学计算，DSP应用的另一个突出特点是实时性。在许多应用领域，如通信中的调制解调、雷达中的信号检测等。数据以帧为单位更新，每帧的长度一般在微秒到毫秒的量级。DSP必须在这段时间内完成处理并输出结果，这就是所谓的实时处理。显然，实时处理要求处理器具有极高的处理速度，能够对外部事件做出快速响应(对中断做出迅速响应)，并具有强大的IO吞吐量。DSP有着广泛的应用。下表对其中一些进行了总结。

面对DSP巨大的市场和广阔的发展前景，世界上最大的几家半导体公司都投入了巨额资金，开始了竞争。例如，TI、AD、Agere、摩托罗拉、西门子、半导体等公司都在全力开发和生产DSP器件。不同公司对DSP的侧重不同。

DSP的结构特点

1.MAC指令，硬件乘法器和累加器。

2.记忆结构

一般来说，GPP采用冯诺依曼结构。如图所示，系统只有一组总线(包括数据总线和地址总线)和单个存储器，数据和指令都要通过同一个数据通道进入处理器内核。

哈佛架构将指令存储空间和数据存储空间分开，各自拥有独立的总线，使得同时取指令和访问数据成为可能，缓解了内存的瓶颈效应。

3.寻址模式。在数字信号处理中，处理器经常同时维护多个数据缓冲区，每个缓冲区的指针都要频繁移动。尽管GPP有基址和变址寄存器，但这些寄存器不能自动更新。而且数量有限，每个寄存器往往要管理多个缓冲区。DSP使用特殊的硬件来寻址数据存储器，大量的寄存器可以用作数据指针(例如ADSP21060有16个)。指针的更新可以与其他操作并行执行，因此不会占用处理时间。DSP还支持一些特殊的寻址方式，比如环形缓冲区的环形寻址，FFT所必需的反向寻址。

4.零开销循环

GPP每次执行循环，都要用软件判断是否满足循环结束条件，更新循环计数器，进行条件转移。这些常规操作需要几个周期，这对于短周期来说是相当大的。与GPP不同，DSP可以使用硬件来执行更新计数器等常规操作，而不消耗任何额外的时间，因此它是一个零消耗周期。由于数字信号处理程序90%的执行时间是在循环中度过的，所以零功耗循环对提高程序效率非常重要。

5.程序执行时间是可预测的。

实时处理不仅要求处理器具有极高的运算速度，还要求程序的执行时间易于预测，否则开发者无法判断自己的系统是否满足实时性要求。高速缓存和动态分支预测技术广泛应用于高性能GPP。这些动态特性虽然从统计学的角度可以提高处理速度，但也使得处理时间难以准确预测，因为当前指令的执行时间受到程序运行历史进程的影响。虽然理论上程序员可以猜测出最坏的执行时间，但是由于各种动态特性的相互作用，最坏的执行时间可能远远超过程序的典型执行时间，这将导致系统设计过于保守，资源浪费严重。与GPP不同，DSP的动态特性较少，通过设置MAX(最大值)、MIN(最小值)和CLIP，DSP厂商还提供了一个软件模拟器，可以精确模拟每条指令的执行状态。设计者可以在硬件系统完成之前调试程序并验证处理时间。值得注意的是，TI的最新产品TMS320C6011提供了可选的两级缓存，而AD即将推出的TigerrSHARC则采用了动态分支预测技术。这是否意味着DSP正在失去程序执行时间的可预测性，或者采取其他措施(如提供工具和软件)来弥补日益复杂的芯片结构对预测时间的不利影响，我们拭目以待。

6.外围设备

GPP硬件系统(如PC)的开发一般由专业公司承担，用户只从事软件开发。但是，DSP工程师往往要自己设计硬件平台，很多DSP应用系统，尤其是嵌入式系统，对体积和功耗都有严格的限制，所以DSP必须易于开发。大多数DSP支持IEEE1149.1标准，用户可以通过JTAG端口在线实时仿真DSP。此外，DSP体现了片上系统的设计思想，集成了DMA、中断控制、串行通信端口、主机接口、定时器等外围设备。有些DSP还内置AD和DA转换器。因此，用户通常只需要添加几个器件就可以组成自己的DSP系统。

DSP的组成(以ADSP-21xx为例)

DSP芯片可以高速实现各种DSP算法，它包括以下功能单元。

计算单元——每个处理器都包括三个独立且功能齐全的计算单元：算术/逻辑单元(ALU)、乘法/累加器(MAC)和桶形移位器。

计算单元直接处理16位数据，为多精度计算提供硬件支持。

地址发生器和程序控制器——两个专用地址发生器和一个程序控制器为片内和片外存储器提供寻址。程序滴管支持单循环条件分支和无开销循环。双数据地址生成器使处理器能够同时生成两个操作数的地址。地址发生器和程序控制器使计算单元保持连续工作状态，并使流量最大化。

存储器——采用改良的哈佛结构，数据存储器存储数据，程序存储器既可以存储指令也可以存储数据。所有处理器都有片上RAM，它构成了程序存储空间和数据存储空间的一部分。片内存储器的速度非常高，处理器在一个周期内可以读取两个操作数(一个来自数据存储器，一个来自程序存储器)和一个指令(来自程序存储器)。

串行端口——串行端口(SPORT)为硬件数据压缩扩展组件提供完整的串行接口。支持根据定律和A定律扩展压缩。SPORT可以轻松地与各种流行的串行设备直接接口。每个SPORT可以产生一个可编程的内部时钟或接收一个外部时钟。SPORT有一个多频道选项。

定时器-带有8位预分频器的定时器/计数器可以产生周期性中断。

主机接口——主机接口(HIP)有16个数据引脚和11个控制引脚，可以直接与主机处理器连接，无需逻辑连接。HIP非常灵活，易于与各种主机处理器接口。例如，摩托罗拉6800、英特尔8051或其他ADSP-21xx系列处理器可以很容易地连接到HIP。

DMA接口——内部DMA接口(IDMA)和字节DMA接口(BDMA)可以有效地将数据传输到内部存储器。IDMA接口有16位多路复用地址和数据总线，并支持24位宽的程序存储器。IDMA接口是完全异步的，当DSP全速运行时可以写入数据。DMA接口允许程序指令和数据的引导加载和存储。

模拟接口——DSP集成了模拟和数字信号混合处理电路。该电路由模数转换器、数模转换器、模拟和数字滤波器、处理器内核并行接口等组成。转换器-技术用于获取样本。

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