DSP芯片先容及其选型

小序 

    DSP芯片也称数字信号处理惩罚器，是一种分外得当于举行数字信号处理惩罚运算的微处理惩罚用具，其主机应用是及时快速地实现种种数字信号处理惩罚算法。根据数字信号处理惩罚的请求，DSP芯片一样平常具有如下重要特点： 

（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；

（2）步伐和数据空间退出，可以同时访问指令和数据；

（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；

（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；

（5）快速的停止处理惩罚和硬件I/O支持；

（6）具有在单周期内操纵的多个硬件地点孕育产生器；

（7） 可以并行实行多个操纵； 

 （8）支持流水线操纵，使取指、译码和实行等操纵可以重叠实行。 

    在我们计划DSP应用体系时， DSP芯片选型黑白常紧张的一个关键。在DSP体系硬件计划中只有选定了DSP芯片，才华进一步计划其外围电路及体系的其他电路。因此说，DSP芯片的选择应根据应用体系的实际必要而确定，做到既能餍足利用请求，又不浪费资源，从而也到达本钱最小化的目标。

DSP及时体系计划和开辟流程如图1所示。

                                       
 

重要DSP芯片厂商及其产品 

德州仪器公司 

    众所周知，美国德州仪器（Texas Instruments，TI）是天下上最着名的DSP芯片生产厂商，其产品应用也最遍及，TI公司生产的TMS320系列DSP芯片遍及应用于各个范畴。TI公司在1982年告成推出了其第一代DSP芯片TMS32010，这是DSP应用汗青上的一个里程碑，以后，DSP芯片开始得到真正的遍及应用。由于TMS320系列DSP芯片具有代价低廉、大略易用、成果强大等特点，以是渐渐成为如今最有影响、最为告成的DSP系列处理惩罚器。 

    如今，TI公司在市场上重要有三大系列产品：

（1）面向数字控制、活动控制的TMS320C2000系列，重要包括TMS320C24x/F24x、TMS320LC240x/LF240x、TMS320C24xA/LF240xA、TMS320C28xx等。

（2）面向低功耗、手持配置、无线终端应用的TMS320C5000系列，重要包括TMS320C54x、TMS320C54xx、TMS320C55x等。

（3）面向高性能、多成果、巨大应用范畴的TMS320C6000系列，重要包括TMS320C62xx、TMS320C64xx、TMS320C67xx等。

美国模仿器件公司 

    ADI公司在DSP芯片市场上也占据肯定的份额，相继推出了一系列具有本身特点的DSP芯片，其定点DSP芯片有ADSP2101/2103/2105、ADSP2111/2115、ADSP2126/2162/2164、ADSP2127/2181 、ADSP-BF532以及Blackfin系列，浮点DSP芯片有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062，以及虎鲨TS101，TS201S。

Motorola公司 

    Motorola 公司推出的DSP芯片比较晚。 1986年该公司推出了定点DSP 处理惩罚器MC56001；1990年，又 推出了与IEEE浮点格局兼容的的浮点DSP芯片MC96002。

另有DSP53611、16位DSP56800、24位的DSP563XX和MSC8101等产品。

杰尔公司 

    杰尔公司的SC1000和SC2000两大系列的嵌入式DSP内核，重要面向电信底子办法、移动通讯、多媒体办事器及别的新兴应用。


DSP芯片的选型参数 

    根据应用场合和计划目标的差别，选择DSP芯片的侧重点也各不雷同，其重要参数包括以下几个方面： 

（1）运算速率：起首我们要确定命字信号处理惩罚的算法，算法确定以后其运算量和完成时间也就大概确定了，根据运算量及当时间请求就可以估算DSP芯片运算速率的下限。在选择DSP芯片刻，各个芯片运算速率的衡量标准重要有： 

    MIPS(Millions of Instructions Per Second)，百万条指令/秒，一样平常DSP为20~100MIPS，利用超长指令字的TMS320B2XX为2400MIPS。必须指出的是这是定点DSP芯片运算速率的衡量指标，应细致的是，厂家提供的该指标一样平常是指峰值指标，因此，体系计划时应留有肯定的裕量。  

    MOPS(Millions of Operations Per Second)，每秒实行百万操纵。这个指标的题目是什么是一次操纵，通常操纵包括CPU操纵外，还包括地点谋略、DMA访问数据传输、I/O操纵等。一样平常说MOPS越高意味着乘积-累加和运算速率越快。MOPS可以对DSP芯片的性能举行综合形貌。 

    MFLOPS（Million Floating Point Operations Per Second），百万次浮点操纵/秒，这是衡量浮点DSP芯片的紧张指标。比方TMS320C31在主频为40MHz时，处理惩罚本领为40MFLOPS，TMS320C6701在指令周期为6ns时，单精度运算可达1GFLOPS。浮点操纵包括浮点乘法、加法、减法、存储等操纵。应细致的是，厂家提供的该指标一样平常是指峰值指标，因此，体系计划时应细致留有肯定的裕量。  

    MBPS(Million Bit Per Second)，它是对总线和I/O口数据吞吐率的度量，也便是某个总线或I/O的带宽。比方对TMS320C6XXX、200MHz时钟、32bit总线时，总线数据吞吐率则为800Mbyte/s或6400MBPS。
ACS（Multiply-Accumulates Per Second），比方TMS320C6XXX乘加快度达300MMACS~600MMACS。 

    指令周期，即实行一条指令所需的时间，通常以ns（纳秒）为单位，如TMS320LC549-80在主频为80MHz是的指令周期为12.5ns。 

    MAC时间，实行一次乘法和加法运算所耗费的时间：大多数DSP芯片可以在一个指令周期内完成一次MAC运算。 

    FFT/FIR实行时间，运行一个N点FFT或N点FIR步伐的运算时间。由于FFT运算/FIR运算是数字信号处理惩罚的一个典范算法，因此，该指标可以作为衡量芯片性能的综合指标。

表1是基于上述某些参数对一些DSP芯片所作的比较。
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（2）运算精度： 一样平常环境下，浮点DSP芯片的运算精度要高于定点DSP芯片的运算精度，但是功耗和代价也随之上升。一样平常定点DSP芯片的字长为16位、24位大概32位，浮点芯片的字长为32位。累加器一样平常都为32位或40位。 定点DSP的特点是主频高、速率快、本钱低、功耗小，重要用于谋略巨大度不高的控制、通讯、语音/图像、斲丧电子产品等范畴。通常可以用定点器件办理的题目，只管即便用定点器件，由于它经济、速率快、本钱低，功耗小。但是在编程时要存眷信号的动态范畴，在代码中增长限定信号动态范畴的定标运算，固然我们可以通过改造算法来进步运算精度，但是如许做会相应增长步伐的巨大度和运算量。浮点DSP的速率一样平常比定点DSP处理惩罚速率低，其本钱和功耗都比定点DSP高，但是由于其采取了浮点数据格局，因而处理惩罚精度，动态范畴都远高于定点DSP，得当于运算巨大度高，精度请求高的应用场合；纵然是一样平常的应用，在对浮点DSP举行编程时，不必思量数据溢出和精度不敷的题目，因而编程要比定点DSP方便、容易。因此说，运算精度请求是一个折衷的题目，必要根据经历等来确定一个最佳的连合点。

（3）字长的选择：一样平常浮点DSP芯片都用32位的数据字，大多数定点DSP芯片是16位数据字。而Motorola公司定点芯片用24位数据字，以便在定点和浮点精度之间获取折衷。字长大小是影响本钱的紧张因素，它影响芯片的大小、引脚数以及存储器的大小，计划时在餍足性能指标的条件下，尽大概选用最小的数据字。 

(4)存储器等片内硬件资源摆设：包括存储器的大小，片内存储器的数量，总线寻址空间等。片内存储器的大小决定了芯片运行速率和本钱，比方TI公司同一系列的DSP芯片，差别种类芯片存储器的配置等硬件资源各不雷同。通过对算法步伐和应用目标的细致阐发可以大概鉴定对DSP芯片片内资源的请求。几个紧张的思量因素是片内RAM和ROM的数量、可否外扩存储器、总线接口/停止/串行口等是否够用、是否具有A/D转换等。

（5）开辟调试东西：美满、方便的的开辟东西和相干支持软件是开辟大型、巨大DSP体系的必备条件，对收缩产品的开辟周期有很紧张的作用。开辟东西包括软件和硬件两部分。软件开辟东西重要包括：C编译器、汇编器、链接器、步伐库、软件仿真器等，在确定DSP算法后，编写的步伐代码通过软件仿真器举行仿真运行，来确定须要的性能指标。硬件开辟东西包括在线硬件仿真器和体系开辟板。在线硬件仿真器通常是JTAG周边扫描接口板，可以对计划的硬件举行在线调试；在硬件体系完成之前，差别成果的开辟板上及时运行计划的DSP软件，可以进步开辟服从。乃至在有的数量小的产品中，直接将开辟板当作终极产品。

（6）功耗与电源办理：一样平常来说个人私流派字产品、便携配置和户外配置等对功耗有特别请求，因此这也是一个该思量的题目。它通常包括供电电压的选择和电源的办理成果。供电电压一样平常获取比较低，实行芯片的低电压供电，通常有3.3V、2.5V，1.8V，0.9V等，在同样的时钟频率下，它们的功耗将远远低于5V供电电压的芯片。加强了对电源的办理后，通常用休眠、等待模式等方法节流功率斲丧。比方TI公司提供了细致的、成果随指令范例和处理惩罚器配置而变化的应用阐明。

（7）代价及厂家的售后办事因素：代价包括DSP芯片的代价和开辟东西的代价。要是采取昂贵的DSP芯片，纵然性能再高，其应用范畴也肯定受到肯定的限定。但低价位的芯片肯定是成果较少、片内存储器少、性能上差一些的，这就带给编程肯定的困难。因此，要根据实际体系的应用环境，确定一个代价适中的DSP芯片。还要充分思量厂家提供的的售后办事等因素，精良的售后技能支持也是开辟进程中紧张资源。

（8）其他因素：包括DSP芯片的封装情势、环境请求、供货周期、生命周期等。


DSP应用选型举例

面向数字控制、活动控制的DSP 体系开辟的DSP芯片选型 

    面向数字控制、活动控制重要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打印机控制、喷绘机控制、马达控制、电力体系控制、呆板人控制、高精度伺服体系控制、数控机床等。固然这些重要是针对数字活动控制体系计划的应用，在这些体系的控制中，不但请求有专门用于数字控制体系的外设电路，并且请求芯片具有数字信号处理惩罚器的一样平常特性。  

    比方在控制直流无刷电动机的DSP控制体系中，直流无刷电机运行进程要举行两种控制，一种是转速控制，也即控制提提供定子线圈的电流；另一种是换相控制，在转子到达指定位置变化定子导通相，实现定子磁场变化，这种控制实际上实现了物理电刷的机制。因此这种电机必要有位置反馈机制，比如霍尔元件、光电码盘，大概利用梯形反电动势特点举行反电动势过零检测等。电机速率控制也是根据位置反馈信号，谋略出转子速率，再利用PI或PID等控制要领，及时调解PWM占空比等来实现定子电流调理。因此，控制芯片要举行较多的谋略进程。固然也有专门的直流无刷电机控制芯片；但一样平常来说，在大多数应用中，除了电机控制，总还必要做一些其他的控制和通讯等事变，以是，选用带PWM，同时又有较强数学运算成果的芯片也是一种很好的选择。 

    Motorola的数字信号处理惩罚器DSP568xx系列整合了通用数字信号处理惩罚器快速运算成果和单片机外围丰富的特点，使得该系列分外得当于那些请求有较强的数据处理惩罚本领，同时又要有较多控制成果的应用中，对直流无刷电机的控制便是这一系列DSP的典范应用之一。 

    除此之外，数字活动控范畴另有TI公司的TMS320C24x系列，TMS320Lx240xx系列，分外是TMS320LF2407A在控制方面得到了非常遍及的应用，TMS320LF2407A作为一款专门面向数字控制体系举行优化的通用可编程微处理惩罚器，不但具有低功耗和代码保密的特点，并且它集成了极强的数字信号处理惩罚本领，又集成了数字控制体系所必须的输入、输出、A/D转换、变乱捕获等外设，当时钟频率为40MHz，指令周期小于50ns，采取改造的哈佛结会商流水线技能，在一个指令周期内可以实行几条指令。 

    从运行速率，精度角度来讲上述两款芯片相差无几，但是TMS320LF2407A的调试开辟环境（CCS）越发成熟，可参考的数据也更丰富，如许无疑会淘汰开辟周期。 面向低功耗、手持配置、无线终 端应用的DSP芯片选型 

    C54X、C54XX、C55X 相比别的系列的重要特点是低功耗，以是最得当个人私家与便携式上彀以及无线通讯应用，如手机、PDA、GPS等应用。处理惩罚速率在80~400MIPS之间。C54XX和C55XX 一样平常只具有McBSP同步串口、HPI并行接口、定时器、DMA等外设。值得细致的是C55XX提供了EMIF外部存储器扩展接口，可以直接利用SDRAM，而C54XX则不克不及直接利用。


将来DSP生长趋势 

    在相称长的时期内，无线应用仍将是可编程DSP市场的驱动引擎。DSP技能仍将是可以或许访问窄带、宽带或是无线互联网的重要本领，它还是新兴的分组(IP)德律风市场的关键技能，DSP仍将是整个半导体产业的技能驱动力。 

    在产品应用上，如今紧张的DSP应用产品，如移动德律风、调制解调器、HDD等个人私家谋略机与通讯范畴应用产品。但种种迹象表明，数字革命促进了高性能DSP的遍及应用，如数码相机、VoIP德律风和手持电子配置等。中国在斲丧电子产品上的生长更为引人注目，很多斲丧类电子产品必要更低本钱、更易利用的DSP产品，如音响配置、DVR、机顶盒等。团体来看，DSP应用在通讯范畴、数字影音的产品将越来越遍及。