什么是DSP芯片

　　DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP 指令，可以用來快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。dsp芯片常用于軍事、醫(yī)療、家用電器等領(lǐng)域。我們根據(jù)它的工作時鐘和指令類型，可以將它分為靜態(tài)DSP芯片和一致性DSP芯片。按照它的工作數(shù)據(jù)格式將它分為定點DSP芯片和浮點DSP芯片。我們還可以根據(jù)它的用途不同，將它分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。

　　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。

　　(9)家用電器--如高保真音響、音樂合成、音調(diào)控制、玩具與游戲、數(shù)字電話/電視等。

　　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的標準浮點格式。

　　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芯片的價格

　　美時龍DSP芯片價格大約是45元。

　　城聯(lián)電子DSP芯片開發(fā)板價格大約是25元。

　　德州儀器DSP芯片價格大約是25元。

　　富比特電子DSP芯片價格大約是30元。

　　以上價格均來自網(wǎng)絡(luò)，僅供參考。

　　DSP芯片的特點

　　(1) 在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。

　　(2) 程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)。

　　(3) 片內(nèi)具有快速RAM，通常可通過獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問。

　　(4) 具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。

　　(5) 快速的中斷處理和硬件I/O支持。

　　(6) 具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器。

　　(7) 可以并行執(zhí)行多個操作。

　　(8) 支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

　　與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對較弱些。

　　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，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)量標準、生命周期等。

　　DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)

　　(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芯片的特點

　　通常來說dsp芯片的程序和數(shù)據(jù)是分開存放的，它的內(nèi)部存在快速的RAM，這樣導(dǎo)致我們可以通過數(shù)據(jù)總線同時訪問指令和數(shù)據(jù)。Dsp芯片能夠支持無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件，能夠并行執(zhí)行多個操作，像取指、譯碼等操作可以重復(fù)操作，具有穩(wěn)定性好、精度高、大規(guī)模集成性等多個優(yōu)點。不過它的功率消耗大，成本高。

　　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。

　　主要DSP芯片廠商及其型號產(chǎn)品

　　德州儀器公司

　　眾所周知，美國德州儀器(Texas Instruments，TI)是世界上最知名的DSP公司，其產(chǎn)品應(yīng)用也最廣泛，TI公司生產(chǎn)的TMS320系列DSP芯片廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。TI公司在1982年成功推出了其第一代DSP芯片TMS32010，這是DSP應(yīng)用歷史上的一個里程碑，從此，DSP芯片開始得到真正的廣泛應(yīng)用。由于TMS320系列DSP芯片具有價格低廉、簡單易用、功能強大等特點，所以逐漸成為目前最有影響、最為成功的DSP系列處理器。

　　目前，DSP公司TI在市場上主要有三大系列產(chǎn)品：

　　TI的三大主力DSP產(chǎn)品系列為C2000系列主要用于數(shù)字控制系統(tǒng);C5000(C54x、C55x)系列主要用于低功耗、便攜的無線通信終端產(chǎn)品;C6000系列主要用于高性能復(fù)雜的通信系統(tǒng)。C5000系列中的TMS320C54x系列DSP芯片被廣泛應(yīng)用于通信和個人消費電子領(lǐng)域。

　　(1)面向數(shù)字控制、運動控制的TMS320C2000系列，主要包括TMS320C24x/F24x、TMS320LC240x/LF240x、TMS320C24xA/LF240xA、TMS320C28xx等。

　　(2)面向低功耗、手持設(shè)備、無線終端應(yīng)用的TMS320C5000系列，主要包括TMS320C54x、TMS320C54xx、TMS320C55x等。

　　(3)面向高性能、多功能、復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域的TMS320C6000系列，主要包括TMS320C62xx、TMS320C64xx、TMS320C67xx等。

　　DSP公司TI 現(xiàn)在主推四大系列 DSP各自的特點

　　1)C5000 系列(定點、低功耗)：C54X，C54XX，C55X 相比其它系列的主要特點是低功 耗，所以最適合個人與便攜式上網(wǎng)以及無線通信應(yīng)用，如手機、PDA、GPS 等應(yīng)用。處理 速度在 80MIPS--400MIPS 之間。C54XX 和 C55XX 一般只具有 McBSP 同步串口、HPI 并行 接口、定時器、DMA 等外設(shè)。值得注意的是 C55XX 提供了 EMIF 外部存儲器擴展接口， 可以直接使用 SDRAM，而 C54XX 則不能直接使用。兩個系列的數(shù)字 IO 都只有兩條。

　　2)C2000 系列(定點、控制器)：C20X，F(xiàn)20X，F(xiàn)24X，F(xiàn)24XX ，C28x 該系芯片具有大量 外設(shè)資源，如：A/D、定時器、各種串口(同步和異步)，WATCHDOG、CAN 總線/PWM 發(fā) 生器、數(shù)字 IO 腳等。是針對控制應(yīng)用最佳化的 DSP，在 TI 所有的 DSP 中，只有 C2000 有 FLASH，也只有該系列有異步串口可以和 PC 的 UART 相連。

　　3)C6000 系列：C62XX，C67XX，C64X 該系列以高性能著稱，最適合寬帶網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字影 像應(yīng)用。32bit，其中：C62XX 和 C64X 是定點系列，C67XX 是浮點系列。該系列提供 EMIF 擴展存儲器接口。該系列只提供 BGA 封 裝，只能制作多層 PCB。且功耗較大。同為浮點 系列的 C3X 中的 VC33 現(xiàn)在雖非主流產(chǎn)品，但也仍在廣泛使用，但其速度較低，最高在 150MIPS。

　　4)OMAP 系列：OMAP 處理器集成 ARM 的命令及控制功能，另外還提供 DSP 的低功耗 實時信號處理能力，最適合移動上網(wǎng)設(shè)備和多媒體家電。

　　其他系列的 DSP 曾經(jīng)有過風(fēng)光，但現(xiàn)在都非 TI 主推產(chǎn)品了，除了 C3X 系列外，其他基本 處于淘汰階段，如：C3X 的浮點系列：C30，C31，C32 C2X 和 C5X 系列：C20，C25，C50 每個系列的 DSP 都有其主要應(yīng)用領(lǐng)域。

　　TI公司已經(jīng)將開發(fā)DSP的軟件集成化，使文本輸入、編譯、連接、調(diào)試、下載均在一個環(huán)境下完成。針對TMS320C54X有CCS軟件; TMS320C2XX有CC軟件

　　ADI公司

　　ADI公司在DSP芯片市場上也占有一定的份額，相繼推出了一系列具有自己特點的DSP芯片，其定點DSP芯片有 ADSP2101/2103/2105、ADSP2111/2115、ADSP2126/2162/2164、ADSP2127/2181 、ADSP-BF532以及Blackfin系列，浮點DSP芯片有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062，以及虎鯊 TS101，TS201S。

　　Motorola公司

　　Motorola 公司推出的DSP芯片比較晚。 1986年該公司推出了定點DSP 處理器MC56001;1990年，又 推出了與IEEE浮點格式兼容的的浮點DSP芯片MC96002。

　　還有DSP53611、16位DSP56800、24位的DSP563XX和MSC8101等產(chǎn)品。

　　工程師在選取DSP時，主要考慮處理速度、功耗、程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的容量、片內(nèi)的資源，如定時器的數(shù)量、 I/O 口數(shù)量、中斷數(shù)量、DMA 通道數(shù)等，這里我們列舉了一些常用的芯片型號。

　　常用芯片型號

　　1)電源： TPS73HD3xx，TPS7333，TPS56100，PT64xx

　　2)Flash： AM29F400，AM29LV400，SST39VF400

　　3)SRAM： CY7C1021，CY7C1009，CY7C1049

　　4)FIFO： CY7C425，CY7C42x5

　　5)Dual port： CY7C136，CY7C133，CY7C1342

　　6)SBSRAM： CY7C1329，CY7C1339

　　7)SDRAM： HY57V651620BTC

　　8)CPLD： CY37000系列，CY38000系列，CY39000系列

　　9)PCI： PCI2040，CY7C09449

　　10)USB： AN21xx，CY7C68xxx

　　11)Codec：TLV320AIC23，TLV320AIC10

　　12)A/D，D/A：ADS7805，TLV2543.

　　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。

　　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芯片和通用微處理器有什么區(qū)別

　　1、通用微處理器有被讓人們稱為單片機，它是將計算機系統(tǒng)集成到了一塊芯片中。通用微處理器是以某中微處理內(nèi)核為核心，擁有A/D、FlashRAM等各種功能和外設(shè)。一個單片機能夠延生多種產(chǎn)品，最大限度的和應(yīng)用需求相匹配，減小了功耗和成本。

　　2、dsp芯片是為了快速處理數(shù)字信號，它在結(jié)構(gòu)上和數(shù)據(jù)、地址總線是分開的，沒有像微處理器一樣將計算機系統(tǒng)集成在一起，它主要處理帶有智能邏輯的消費類產(chǎn)品，生物信息識別終端，ADSL接入、虛擬現(xiàn)實顯示等，其運算量大，功率消耗也比較大。和單片機相比，它的的通用功能會相對比較弱一些。

　　數(shù)字電源DSP芯片具有以下幾個特點：

　　1.極高的運算速度

　　數(shù)字電源 DSP 芯片的運算速度非?？?。它可以執(zhí)行大量的數(shù)學(xué)運算和邏輯運算，從而實現(xiàn)數(shù)字電源的精準控制。DSP 芯片的高速運算能夠使數(shù)字電源的負載動態(tài)響應(yīng)速度更快、穩(wěn)定性更優(yōu)。

　　2.豐富的操作功能

　　數(shù)字電源 DSP 芯片集成了各種數(shù)字信號處理功能，通過軟件程序可快速實現(xiàn)電壓、電流、功率等的精準控制。同時數(shù)字電源 DSP 芯片也支持各種常見及特殊電源控制算法(如PID控制器、PWM控制器等)，大大提高了電源的可靠性。

　　3.高度的可編程性

　　數(shù)字電源 DSP 芯片既可以支持DSP硬件、也可以通過嵌入式軟件進行操作，具有較高的開發(fā)靈活性?？梢酝ㄟ^編程實現(xiàn)各種實時控制、實時監(jiān)測和重復(fù)性測試功能。因此，可以針對電子系統(tǒng)、電力系統(tǒng)及環(huán)境系統(tǒng)的不同要求進行編程，滿足不同場合的設(shè)計需求。

　　4.較低的功耗和少量外設(shè)

　　數(shù)字電源 DSP 芯片為數(shù)字電源控制提供了先進、可靠、高效省電的實現(xiàn)方式，對于控制電源而言，數(shù)字電源 DSP 芯片在空間上還會占據(jù)很小的體積,與一般的數(shù)字電源控制器相比，數(shù)字電源 DSP 芯片需要的外設(shè)很少。

　　Dsp和ARM的區(qū)別大嗎?

　　(1)DSP的數(shù)據(jù)處理能力突出，有乘法器和除法器，可以在一個指令周期內(nèi)完成乘法指令和除法指令，具有強大的數(shù)據(jù)處理能力和較高的運算能力。

　　(2)ARM的事務(wù)管理能力比較突出，其主要優(yōu)勢是在控制方面，并且ARM的指令架構(gòu)簡單、外圍接口豐富、功耗較低，這也是ARM常被用在嵌入式領(lǐng)域的原因。