DSP的芯片架構(gòu)解析 DSP的基本術(shù)語

來源：老虎說芯

數(shù)字信號處理器 (DSP)：Digital Signal Processor，用于高速實時信號處理（納秒級別）、超低功耗處理，下游應(yīng)用包括電源模塊（OBC、逆變器）、電機(jī)控制、音頻信號處理、圖像信號處理等，應(yīng)用十分廣泛。DSP用于快速的處理數(shù)字信號的加減乘除等運(yùn)算。DSP的基本模塊包括程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、計算引擎、輸入輸出。

從TI產(chǎn)品手冊看，分類包括低功耗單核處理器、高性能多核 DSP和Arm SoC。從處理器位數(shù)看分為16位、32位和64位。從用途看，分為通用型DSP芯片和專用型的DSP芯片。

單核 DSP：主頻不高，追求低功耗的實時信號處理。

多核DSP：主頻高，追求高性能并行處理。

高可靠性 DSP：追求在惡劣環(huán)境和嚴(yán)苛應(yīng)用中的穩(wěn)定性和可靠性，比如工業(yè)、汽車環(huán)境中。

DSP的芯片架構(gòu)一般為哈佛架構(gòu)或者ARM架構(gòu)，近年來Risc-v架構(gòu)也被用于DSP。DSP的架構(gòu)和指令集是封閉的，非開源的，這也導(dǎo)致要做DSP芯片的話得從頭開發(fā)架構(gòu)和指令集，門檻較高。此外，DSP芯片廠商還需要自研EDA工具，如仿真器、燒錄器、編譯器等IDE工具，需要軟件和算法人才。

DSP的世界巨頭：TI。此外，ADI和NXP也有部分產(chǎn)品。國產(chǎn)廠商有進(jìn)芯、中科昊芯、轂梁微等。

DSP基本術(shù)語：

算法（Algorithms）：用于解決問題或執(zhí)行操作的已定義程序。算法通過一系列指令存儲在DSP中。

模擬（Analog）：模擬是指隨時間連續(xù)變化的電信號。模擬信號必須通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式，以便 DSP 進(jìn)行處理。

位（bit）：數(shù)字詞可以分解為的最小單位。位數(shù)反映了字寬。字中的位數(shù)越多，該字可以表示的數(shù)字就越大。

周期（Cycle Time）：完成指令的時間長度。

數(shù)字（Digital）：數(shù)字描述了以兩種狀態(tài)生成、存儲和處理數(shù)據(jù)的電子技術(shù)：正數(shù)和非正數(shù)。正數(shù)用數(shù)字1表示，非正數(shù)用數(shù)字0表示。通過數(shù)字技術(shù)傳輸或存儲的數(shù)據(jù)被表示為一串0和1。這些狀態(tài)數(shù)字中的每一個都稱為一個位。

DMA（直接內(nèi)存訪問，Direct Memory Accessing）：DSP 的 I/O 處理器支持通過外部、主機(jī)、串行、SPI 和 UART 端口在 DSP 存儲器和外部存儲器、主機(jī)或外設(shè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù) DMA。每個 DMA 操作都會傳輸整個數(shù)據(jù)塊。

固定點(Fixed Point)：DSP 用于操作和表示數(shù)字的方法，最適合不大于單個內(nèi)部寄存器中可以保存的最大數(shù)字。寄存器的大小由它可以包含的位數(shù)決定。例如，32 位數(shù)字可以大于 16 位數(shù)字。

浮點(Floating Point)：數(shù)字用尾數(shù)和指數(shù)表示的系統(tǒng)。例如，ax 2b，其中“a”是尾數(shù)，b 是指數(shù)。此方法允許 DSP 處理非常小的數(shù)字或非常大的數(shù)字。浮點處理器以 IEEE 建立的標(biāo)準(zhǔn)格式表示數(shù)字。它是一種以32位表示的科學(xué)記數(shù)法。

哈佛架構(gòu)（Harvard Architecture）：DSP 使用具有獨(dú)立總線的存儲器架構(gòu)來存儲程序和數(shù)據(jù)。兩條總線讓 DSP 同時獲取數(shù)據(jù)字和指令。

I/O：輸入輸出。用于在 DSP 和外設(shè)之間傳輸數(shù)據(jù)和控制信息的接口/設(shè)備。

I/O Processor：DSP 具有分布式 DMA 架構(gòu)，每個支持 DMA 的外設(shè)均配有 DMA 控制器。此外，大多數(shù)端口可以直接（非 DMA）訪問內(nèi)部存儲器和 I/O 存儲器。術(shù)語“I/O 處理器”泛指 DMA 控制器、DMA 通道仲裁和外設(shè)到總線連接。

MIPS：每秒數(shù)百萬條指令，其中每條指令可以執(zhí)行多個操作。

MACs：每秒乘法累加

MOPS：每秒百萬次操作

MFLOPS：每秒百萬次浮點運(yùn)算

Von Neumann Architecture：馮諾依曼架構(gòu)，這是大多數(shù)（非 DSP）微處理器所使用的架構(gòu)。該架構(gòu)使用單個地址和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行內(nèi)存訪問。

Word：一個數(shù)字符串表示數(shù)據(jù)值。DSP 中的字長通常為 16 位、24 位、32 位和 48 位、64位。

審核編輯：湯梓紅