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)

　　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(lèi)和型號(hào)做了相關(guān)討論。 　　關(guān)鍵詞：DSP；TI；TMS320；CPU
　　中圖分類(lèi)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(lái)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(chē)?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(lè)等各種功能。DSP處理器，全稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor），是一類(lèi)特殊的微型計(jì)算機(jī)。這類(lèi)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(chē)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音信號(hào)的處理。人的語(yǔ)音先通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)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(yǔ)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(chēng)，翻譯為專(zhuān)用大規(guī)模集成電路。這類(lèi)芯片一般是廠商為實(shí)現(xiàn)單一功能而專(zhuān)門(mén)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(zhuān)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(kāi)始一個(gè)全新的設(shè)計(jì)，價(jià)格昂貴，耗時(shí)也長(zhǎng)。DSP設(shè)計(jì)則可以方便的通過(guò)修改軟件的內(nèi)容來(lái)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(chēng)，翻譯為現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列。與ASIC設(shè)計(jì)不同，F(xiàn)PGA可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)編程來(lái)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(mén)來(lái)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(chēng)，也就是前文提到過(guò)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(zhǎng)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(jiàn)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(lái)說(shuō)，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(hù)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(lèi)
　　
　　常見(jiàn)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(chē)、計(jì)算機(jī)硬盤(pán)、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(lèi)。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(chēng)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(guò)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(guò)程。定點(diǎn)DSP從1983年的C1x開(kāi)始，經(jīng)歷C2x，C2000階段，發(fā)展到C5000系列；浮點(diǎn)DSP從C3x系列開(kāi)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(lái)說(shuō)，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(jiàn)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(wú)線通訊設(shè)備中。具體來(lái)說(shuō)，在手機(jī)、數(shù)字音樂(lè)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(wú)線調(diào)制解調(diào)器、IP電話以及PDA中，都常常見(jiàn)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(yǔ)言?xún)?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(jiàn)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(wú)線基站，無(wú)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(yǔ)音識(shí)別。
　　
　　4 結(jié)束語(yǔ)
　　
　　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(jiàn)，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(zhǎng)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)：?
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　　[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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