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        DSP處理器及其應(yīng)用芻議:日常應(yīng)用用什么處理器的手機(jī)

        發(fā)布時(shí)間:2020-02-16 來源: 感悟愛情 點(diǎn)擊:

          摘要:本文簡(jiǎn)要介紹了DSP處理器和DSP技術(shù),比較了DSP和ASIC、FPGA、GPP等技術(shù)在應(yīng)用中的異同和優(yōu)劣,并對(duì)常用DSP處理器的分類和型號(hào)做了相關(guān)討論。   關(guān)鍵詞:DSP;TI;TMS320;CPU
          中圖分類號(hào):TP36文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
          
          1 DSP處理器概況
          
          隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展,微型計(jì)算機(jī)在生產(chǎn)生活的各個(gè)方面發(fā)揮著越來越大的作用,各種家用電器,生產(chǎn)機(jī)械,運(yùn)輸工具里都有它的身影。據(jù)報(bào)導(dǎo),在一輛最新的BMW轎車?yán),總共有?shù)百片各種微型計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)、測(cè)量、控制、娛樂等各種功能。DSP處理器,全稱為數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor),是一類特殊的微型計(jì)算機(jī)。這類計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)和制造時(shí),對(duì)數(shù)字信號(hào)處理做了特別優(yōu)化,能夠快速有效的執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理算法和程序。DSP處理器特別適合應(yīng)用于實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合,如音頻視頻處理、車輛控制等。和一般的微型計(jì)算機(jī)相比,DSP處理器有一些突出優(yōu)點(diǎn):如單指令時(shí)間可執(zhí)行多個(gè)操作,實(shí)時(shí)性強(qiáng),靈活性強(qiáng),可靠性高,系統(tǒng)性能好,系統(tǒng)造價(jià)低等。
          
          一個(gè)典型的DSP處理器應(yīng)用實(shí)例如上圖。在現(xiàn)代數(shù)字手機(jī)中,均采用一塊DSP處理器來實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音信號(hào)的處理。人的語音先通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),然后經(jīng)過DSP處理器進(jìn)行壓縮、頻率變化等處理再發(fā)送出去,接收端首先對(duì)接收的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的還原處理,再經(jīng)D/A還原成語音信號(hào)。?
          
          2 DSP和ASIC、FPGA、GPP等技術(shù)的比較
          
          在DSP處理器的應(yīng)用場(chǎng)合,還有一些其他的技術(shù)比如ASIC,F(xiàn)PGA和GPP等。在本節(jié)中我們主要討論在具體應(yīng)用場(chǎng)合中DSP技術(shù)和這些技術(shù)的優(yōu)劣。?
          2.1 DSP與ASIC
          ASIC是Application Specific Integrated Circuits的簡(jiǎn)稱,翻譯為專用大規(guī)模集成電路。這類芯片一般是廠商為實(shí)現(xiàn)單一功能而專門設(shè)計(jì)的,比如VCD/DVD機(jī)中的硬件解碼芯片就是ASIC設(shè)計(jì)。ASIC設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可以完美的執(zhí)行專用的功能,能耗也小,但是和DSP技術(shù)相比,它不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)編程,只對(duì)單一功能有效。如果需要修改ASIC芯片的功能,就要從頭開始一個(gè)全新的設(shè)計(jì),價(jià)格昂貴,耗時(shí)也長。DSP設(shè)計(jì)則可以方便的通過修改軟件的內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)不同功能。所以,ASIC技術(shù)只適用于大規(guī)模生產(chǎn)的定型產(chǎn)品設(shè)計(jì),DSP技術(shù)則也可以適用于需要修改設(shè)計(jì)的場(chǎng)合。?
          2.2 DSP與FPGA
          FPGA是Field Programmable Gate Arrays的簡(jiǎn)稱,翻譯為現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列。與ASIC設(shè)計(jì)不同,F(xiàn)PGA可以通過現(xiàn)場(chǎng)編程來修改設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)不同的功能。同時(shí),因?yàn)镕PGA使用低級(jí)邏輯門來實(shí)現(xiàn)硬件功能,所以執(zhí)行性能也很高。但是,和DSP技術(shù)相比,F(xiàn)PGA的造價(jià)和能耗都相當(dāng)高,所以只適合用于設(shè)計(jì)教學(xué)場(chǎng)合,不適合用于大規(guī)模生產(chǎn)。?
          2.3 DSP與GPP
          GPP是General Purpose Processor的簡(jiǎn)稱,也就是前文提到過的通用微型處理器。和通用微型處理器不同,DSP處理器使用特殊的哈佛結(jié)構(gòu),所以DSP處理器可以一個(gè)指令時(shí)間處理多個(gè)操作,所有基本的算術(shù)運(yùn)算都可以在一個(gè)指令時(shí)間內(nèi)完成。相應(yīng)地,在通用微型處理器里,一個(gè)算術(shù)運(yùn)算的執(zhí)行時(shí)間(乘除法)可以長達(dá)幾十個(gè)指令時(shí)間,相對(duì)于相同主頻的處理器,DSP運(yùn)算要快得多。同時(shí),DSP處理器為數(shù)字信號(hào)處理算法中常見的重復(fù)/循環(huán)操作做了優(yōu)化,如IIR Filter, FIR Filter,F(xiàn)FT和Convolution等算法,并采用多種尋址方式以提高算法效率。一般來說,DSP處理器還集成了強(qiáng)大的I/O接口,可以方便的擴(kuò)展接口電路。通用處理器一般用于搭建運(yùn)行通用操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī),比如運(yùn)行UNIX或Windows的計(jì)算機(jī),而DSP則常用于嵌入式系統(tǒng)或?qū)S孟到y(tǒng)。
          在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中,DSP也可能和以上技術(shù)相結(jié)合使用以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能。下圖為一典型手機(jī)終端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,其核心運(yùn)算處理單元由兩個(gè)處理器構(gòu)成。其中一個(gè)為DSP處理器,用于數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)運(yùn)算,另一為通用處理器,主要負(fù)責(zé)邏輯控制,用戶輸入輸出以及運(yùn)行操作系統(tǒng)。兩個(gè)處理器共享數(shù)據(jù)總線和存儲(chǔ)器,各有分工,相得益彰。
          
          
          3 DSP應(yīng)用場(chǎng)合及分類
          
          常見的DSP應(yīng)用場(chǎng)合包括手機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、傳真機(jī)、DVD機(jī)、家庭影院、汽車、計(jì)算機(jī)硬盤、衛(wèi)星、電信交換機(jī)、數(shù)字廣播、打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字電視、LCD顯示器等等。這些設(shè)備中都存在一個(gè)甚至多個(gè)DSP處理器。
          DSP處理器根據(jù)運(yùn)算功能的不同,也分為幾類。只執(zhí)行定點(diǎn)運(yùn)算的DSP叫做定點(diǎn)DSP,例如TI TMS320C2x,C50,C2000,Motorola 56000,Lucent DSP16和Analog Devices ADSP2100;只執(zhí)行浮點(diǎn)運(yùn)算的DSP叫做浮點(diǎn)DSP,如TI TMS320C4X,C3X,Motorola 96000,Lucent DSP 32C和Analog Devices ADSP21000;既具有定點(diǎn)運(yùn)算功能又具有浮點(diǎn)運(yùn)算功能的DSP稱為多處理器單元DSP,如TI TMS320C80和TMS320C6000。
          提到具體的DSP處理器產(chǎn)品線,則不能不提德州儀器(TI)公司TMS320系列。世界上第一款DSP處理器正是TI公司于1982年推出的。經(jīng)過20多年的發(fā)展,今天TI公司的DSP產(chǎn)品在業(yè)界同時(shí)具有領(lǐng)先的技術(shù)水平和市場(chǎng)份額。因此,本節(jié)主要討論TI TMS320系列DSP。
          下圖表示了TI TMS320系列DSP處理器的發(fā)展演變過程。定點(diǎn)DSP從1983年的C1x開始,經(jīng)歷C2x,C2000階段,發(fā)展到C5000系列;浮點(diǎn)DSP從C3x系列開始,經(jīng)歷C4x等階段,發(fā)展到現(xiàn)在最新,功能最強(qiáng)大的C6000系列。
          
          現(xiàn)在市場(chǎng)上主推的TI TMS320系列DSP,主要分為三個(gè)產(chǎn)品線,即TMS320C2000系列、TMS320C5000系列和TMS320C5000系列。這三個(gè)系列的應(yīng)用領(lǐng)域各有側(cè)重,如下圖所示。
            具體來說,TMS320C2000系列主要應(yīng)用于高性能數(shù)字控制領(lǐng)域。此系列DSP具有高性能定點(diǎn)運(yùn)算能力,高效代碼執(zhí)行能力,以及方便的控制系統(tǒng)接口能力。常見的應(yīng)用場(chǎng)合包括工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、水泵、電扇、空調(diào)、電器、伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、工廠自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、高壓供電、辦公設(shè)備。
          TMS320C5000則在提供優(yōu)秀性能接口的前提下,偏重于小體積低功耗設(shè)計(jì)。它廣泛應(yīng)用于功耗要求嚴(yán)格的場(chǎng)合,比如個(gè)人便攜設(shè)備和無線通訊設(shè)備中。具體來說,在手機(jī)、數(shù)字音樂播放器、數(shù)碼相機(jī)、便攜產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、VoIP系統(tǒng)、無線調(diào)制解調(diào)器、IP電話以及PDA中,都常常見到C5000系列DSP的身影。
          TMS320C6000系列DSP是TI最新的高性能DSP系列,基于C語言優(yōu)化,價(jià)格較低廉同時(shí)功耗低,適用于高性能要求設(shè)計(jì)。常見應(yīng)用場(chǎng)合有DSL調(diào)制解調(diào)器,數(shù)碼相機(jī),VoIP系統(tǒng),無線基站,無線網(wǎng)絡(luò),中央交換機(jī),網(wǎng)絡(luò)攝像頭,程控交換機(jī)和語音識(shí)別。
          
          4 結(jié)束語
          
          進(jìn)入二十一世紀(jì),人們的日常生活正朝著信息化、媒體化的大趨勢(shì)前進(jìn),可以預(yù)見,數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)將會(huì)在生產(chǎn)生活的各個(gè)方面發(fā)揮更加重要的作用。DSP處理器作為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的重要手段,將會(huì)在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)成為計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)注熱點(diǎn)。?
          
          參考文獻(xiàn):?
          [1]TI"s Website: www.ti.com.?
          [2]Digital Signal Processing Implementation, Prentice Hall Press, 2000, By Naim Dahnoun.?
          [3]朱銘鋯等.DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.?

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