DSP芯片,什么是DSP芯片

目錄
1 DSP芯片的發(fā)展
2 DSP芯片的分類
3 DSP芯片的選擇
4 DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)
5 DSP系統(tǒng)的特點
6 DSP芯片的應(yīng)用
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DSP芯片的發(fā)展
世界上第一個單片DSP芯片是1978年AMI公司宣布的S2811，1979年美國Intel公司發(fā)布的商用可編程期間2920是DSP芯片的一個主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代DSP芯片所必須的單周期芯片。1980年，日本NEC公司推出的μPD7720是第一個具有乘法器的商用DSP芯片。第一個采用CMOS工藝生產(chǎn)浮點DSP芯片的是日本的Hitachi公司，它于1982年推出了浮點DSP芯片。1983年，日本的Fujitsu公司推出的MB8764，其指令周期為120ns，且具有雙內(nèi)部總線，從而處理的吞吐量發(fā)生了一個大的飛躍。而第一個高性能的浮點DSP芯片應(yīng)是AT&T公司于1984年推出的DSP32。

在這么多的DSP芯片種類中，最成功的是美國德克薩斯儀器公司（Texas Instruments，簡稱TI）的一系列產(chǎn)品。TI公司1982年成功推出啟迪一代DSP芯片TMS32010及其系列產(chǎn)品TMS32011、TMS32C10/C14/C15/C16/C17等，之后相繼推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片TMS32C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS32C40/C44，第五代DSP芯片TMS32C50/C51/C52/C53以及集多個DSP于一體的高性能DSP芯片TMS32C80/C82等。自1980年以來，DSP芯片得到了突飛猛進的發(fā)展，DSP芯片的應(yīng)用越來越廣泛。從運算速度來看，MAC（一次乘法和一次加法）時間已經(jīng)從80年代初的400ns（如TMS32010）降低到40ns（如TMS32C40），處理能力提高了10多倍。DSP芯片內(nèi)部關(guān)鍵的乘法器部件從1980年的占模區(qū)的40左右下降到5以下，片內(nèi)RAM增加一個數(shù)量級以上。從制造工藝來看，1980年采用4μ的N溝道MOS工藝，而現(xiàn)在則普遍采用亞微米CMOS工藝。DSP芯片的引腳數(shù)量從1980年的最多64個增加到現(xiàn)在的200個以上，引腳數(shù)量的增加，意味著結(jié)構(gòu)靈活性的增加。此外，DSP芯片的發(fā)展，是DSP系統(tǒng)的成本、體積、重量和功耗都有很大程度的下降。

DSP芯片的分類
DSP的芯片可以按照以下的三種方式進行分類。

1. 按基礎(chǔ)特性分

這是根據(jù)DSP芯片的工作時鐘和指令類型來分類的。如果DSP芯片在某時鐘頻率范圍內(nèi)的任何頻率上能正常工作，除計算速度有變化外，沒有性能的下降，這類DSP芯片一般稱之為靜態(tài)DSP芯片。

如果有兩種或兩種以上的DSP芯片,它們的指令集和相應(yīng)的機器代碼機管腳結(jié)構(gòu)相互兼容,則這類DSP芯片稱之為一致性的DSP芯片。

2. 按數(shù)據(jù)格式分

這是根據(jù)DSP芯片工作的數(shù)據(jù)格式來分類的。數(shù)據(jù)以定點格式工作的DSP芯片稱之為定點DSP芯片。以浮點格式工作的稱為DSP芯片。不同的浮點DSP芯片所采用的浮點格式不完全一樣，有的DSP芯片采用自定義的浮點格式，有的DSP芯片則采用IEEE的標(biāo)準(zhǔn)浮點格式。

3. 按用途分

按照DSP芯片的用途來分，可分為通用型DSP芯片和專用型的DSP芯片。通用型DSP芯片適合普通的DSP應(yīng)用，如TI公司的一系列DSP芯片。專用型DSP芯片市為特定的DSP運算而設(shè)計，更適合特殊的運算，如數(shù)字濾波，卷積和FFT等。

DSP芯片的選擇
設(shè)計DSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇DSP芯片時非常重要的一個環(huán)節(jié)。只有選定了DSP芯片才能進一步設(shè)計外圍電路集系統(tǒng)的其它電路?？偟膩碚f，DSP芯片的選擇應(yīng)根據(jù)實際的應(yīng)用系統(tǒng)需要而確定。一般來說，選擇DSP芯片時考慮如下諸多因素。

1．DSP芯片的運算速度。運算速度是DSP芯片的一個最重要的性能指標(biāo)，也是選擇DSP芯片時所需要考慮的一個主要因素。DSP芯片的運算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來衡量：

（1）指令周期。就是執(zhí)行一條指令所需要的時間，通常以ns為單位。（2）MAC時間。即一次乘法加上一次加法的時間。（3）FFT執(zhí)行時間。即運行一個N點FFT程序所需的時間。（4）MIPS。即每秒執(zhí)行百萬條指令。（5）MOPS。即每秒執(zhí)行百萬次操作。（6）MFLOPS。即每秒執(zhí)行百萬次浮點操作。（7）BOPS。即每秒執(zhí)行十億次操作。

2．DSP芯片的價格。根據(jù)一個價格實際的應(yīng)用情況，確定一個價格適中的DSP芯片。

3．DSP芯片的硬件資源。

4．DSP芯片的運算速度。

5．DSP芯片的開發(fā)工具。

6．DSP芯片的功耗。

7．其它的因素，如封裝的形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生命周期等。

DSP應(yīng)用系統(tǒng)的運算量是確定選用處理能力多大的DSP芯片的基礎(chǔ)。那么如何確定DSP系統(tǒng)的運算量以選擇DSP芯片呢？

1． 按樣點處理

按樣點處理就是DSP算法對每一個輸入樣點循環(huán)一次。例如；一個采用LMS算法的256抽頭德的自適應(yīng)FIR濾波器，假定每個抽頭的計算需要3個MAC周期，則256抽頭計算需要256*3=768個MAC周期。如果采樣頻率為8KHz，即樣點之間的間隔為125μs的時間，DSP芯片的MAC周期為200μs，則768個周期需要153.6μs的時間，顯然無法實時處理，需要選用速度更快的芯片。

2． 按幀處理

有些數(shù)字信號處理算法不是每個輸入樣點循環(huán)一次，而是每隔一定的時間間隔（通常稱為幀）循環(huán)一次。所以選擇DSP芯片應(yīng)該比較一幀內(nèi)DSP芯片的處理能力和DSP算法的運算量。假設(shè)DSP芯片的指令周期為P（ns），一幀的時間為⊿τ（ns），則該DSP芯片在一幀內(nèi)所提供的最大運算量為⊿τ/ P 條指令。

DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)
DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)包括：

（1）哈佛結(jié)構(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。

DSP系統(tǒng)的特點
字信號處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)，因此具有數(shù)字處理的全部特點：

（1）接口方便。DSP系統(tǒng)與其它以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容，這樣的系統(tǒng)接口以實現(xiàn)某種功能要比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易的多。

（2）編程方便。DSP系統(tǒng)種的可編程DSP芯片可使設(shè)計人員在開發(fā)過程中靈活方便地對軟件進行修改和升級。

（3）穩(wěn)定性好。DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ)，受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小，可靠性高。

（4）精度高。16位數(shù)字系統(tǒng)可以達到的精度。

（5）可重復(fù)性好。模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)性能變化比較大，而數(shù)字系統(tǒng)基本上不受影響，因此數(shù)字系統(tǒng)便于測試，調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。

（6） 集成方便。DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成。

DSP芯片的應(yīng)用
自從DSP芯片誕生以來，DSP芯片得到了飛速的發(fā)展。DSP芯片高速發(fā)展，一方面得益于集成電路的發(fā)展，另一方面也得益于巨大的市場。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(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，DSP芯片的價格也越來越低，性能價格比日益提高，具有巨大的應(yīng)用潛力。DSP芯片的應(yīng)用主要有：

（1）信號處理--如，數(shù)字濾波、自適應(yīng)濾波、快速傅里葉變換、相關(guān)運算、頻譜分析、卷積等。

（2）通信--如，調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、回坡抵消、多路復(fù)用、傳真、擴頻通信、糾錯編碼、波形產(chǎn)生等。

（3）語音--如語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人辨認、說話人確認、語音郵件、語音儲存等。

（4）圖像/圖形--如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強、動畫、機器人視覺等。

（5）軍事--如保密通信、雷達處理、聲納處理、導(dǎo)航等。

（6）儀器儀表--如頻譜分析、函數(shù)發(fā)生、鎖相環(huán)、地震處理等。

（7）自動控制--如引擎控制、深空、自動駕駛、機器人控制、磁盤控制。

（8）醫(yī)療--如助聽、超聲設(shè)備、診斷工具、病人監(jiān)護等。