数字信号处理器(digital signal processor),也叫DSP芯片,是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器具,其主机应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。
1、采用哈佛结构,分开的程序存储器和数据存储器。
2、用于单指令流多数据流(SIMD)作业的特殊指令集。
3、可进行并行处理,但不支援多任务。
4、用於宿主环境时可作为直接存储器访问(DMA )设备运作.
5、从模数转换器(ADC)获得数据,最终输出的是由数模转换器(DAC)转换为模拟信号的数据。
最基本的特征是:
1)能够在一个指令周期内实现一次或多次乘法累加(MAC)运算。所以,在DSP中集成了多个乘法累加运算单元,可以进行并行乘法累加运算。
2)能够在一个指令周期内完成对存储器的多次读取。所以,在DSP中集成了多个片内总线和多端口片内存储器。
3)为了加快处理器中的运算,在DSP中集成了多个地址产生单元,以支持循环寻址和位翻转寻址。
4)处理器中的运算大多是重复的运算,为了方便使用,大部分DSP都支持这种重复运算,而不用额外编写重复运算的指令。
5)大部分DSP都提供多个串行或并行I/O接口,以及特别I/O接口来处理特殊的数据,以降低成本和提高输出/输入性能。
根椐资料的介绍,数字信号处理器的选择有以下几条原则,综述如下:
1)算法格式 定点算法动态范围较小,如16位的定点算法,动态范围只有96dB,容易出现溢出问题,但是成本低,功耗低。所以大多数的数字信号处理器都是定点的,约占67%。浮点算法动态范围较大,如32位的浮点算法,动态范围有1536dB,处理速度大大高于定点的,总线宽度也比定点的宽,容易编程,但是成本较高,功耗也较大。浮点数字信号处理器大都用在产品上。
2)数据宽度 所有的浮点DSP都是32位宽度的,而定点DSP大多数是16位宽度的,也有24位的,如Motorola的DSP563xx系列;而Zoran 公司的ZR3800系列,则是20位的。数据宽度直接影响到DSP芯片的大小、封装管脚的数量和外围存储器的容量,因此也直接影响到DSP的成本。
3)速度 速度是选用DSP最重要的考虑因素。DSP的速度通常是指令周期的时间,也有指进行核心功能如FIR或 IIR滤波器的运算时间。有些DSP采用特大指令字组(VLIW)的结构,在一个周期内可执行多条指令。它和时钟的工作频率有密切关系。
4)存储器结构 存储器结构,包括总线结构对DSP的性能有很大的影响。一方面,在进行运算时如何读取数据和指令,不同的方法有不同的速度。在一个指令周期内读取一条指令和两条数据以便进行快速MAC运算。这种结构可以是多端口存储器、指令和数据分离存储器或指令缓冲器。另一方面,存储器结构也包括片内和片外支持的存储器的大小。大多数定点DSP瞄准嵌入式系统市场,因此它的存储器较小。而一些浮点DSP虽然片内存储器很小,但是需要很大外围的存储器,如TI公司的TMS320C30。
5)功耗 很多DSP用在手提式设备中,如手机、PDA、手提式声音播放机等。功耗是这些产品主要考虑的一个问题。很多处理器供应商降低工作电压,比如3.3V、2.5V、 1.8V, 同时增加电源电压管理功能,比如增加"睡眠模式,在不用时切断大部分电源和不用的外围设备,以降低能量消耗。
6)编程容易 DSP的应用对象主要是工程技术人员和工程师。早期的数字信号处理器使用汇编语言来编程,后来的产品可以用C语言来编写,但是要经过C编译器编译成汇编语言源程序,进行优化,以减少运算时间。数字信号处理器供应商一般都提供开发工具。但是不同公司的DSP产品在软件编程方面有很大不同。所以用户应该选用自己比较熟悉的开发工具。这些工具包括软件工具,如汇编语言程序、连接器、仿真器、调试器、编译器、代码库、实时操作系统等; 硬件工具如开发板、仿真器等。一般来讲,语言编译器较适用于浮点处理器。
7)性能价格比 成本在大量生产时也是一个重要的考虑因素。器件封装对芯片的成本也有影响,栅格阵列(PGA)封装比塑料封装PQFP和TQEP要贵。
8)是否支持多处理器 在要求运算速度特别快的地方,可以应用多个处理器并行工作。这时,各个处理器的内部连接可能是一个重要的问题。Analog Devices公司的ADSP-2106x提供特殊用途的硬件,有双向地址总线和数据总线,和六条双向总线相配合,很容易把多达六个处理器通过共同的外部总线连接成一个系统。
TMS320VC5402-100
CPU 1 C54x
Peak MMACS 100
Frequency(MHz) 100
RAM 32 KB
ROM 8 KB
EMIF 1 16-Bit
External Memory Type Supported Async
DMA 1 6-Ch Ext DMA
HPI 1 8-Bit HPI
McBSP 2
Timers 2 16-Bit GP
Boot Loader Available YES
Core Supply (Volts) 1.8 V
IO Supply (Volts) 3.3 V
Operating Temperature Range (°C) -40 to 100
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