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技术文章

32位嵌入式微处理器之(四)DSP

  一、DSP简介
  DSP是微处理器的一种,这种微处理器具有极高的速度。因为这种处理器的应用场合要求极高的实时性。比如通过移动电话进行通话,如果处理速度不快就只能等待对方停止说话,这一方才能通话,如果双方同时通话,因为数字信号处理速度不够快,就只能关闭信号连接。
  信号处理的各种运算最基本就是乘法和累加运算,其运算量非常大,这就决定了数字信号处理器的结构和指令系统的特点。
  DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适于执行DSP算法,编译效率高,指令执行速度也较高。在数字滤波、卷积、FFT、谱分析等方面有着广泛应用。
  DSP处理器又分为通用DSP芯片和专用DSP芯片。
  二、DSP的分类
  DSP按照其设计模式可以分为通用DSP芯片和专用DSP芯片:
  通用DSP芯片:通用DSP主要指目前基于CPU架构的、通过软件指令方式完成DSP算法的DSP器件。早期的DSP处理器只有一个乘法器,而现在的DSP处理器(如Ti的TMS320C6000系列),包含有8个乘法器。通用DSP处理器的主要优势是具有良好的通用性和一定的灵活性,有适用于实现各种DSP算法的通用硬件结构和一些特殊的寻址方式。片内Cache容量大,片内RAM大,基本上数据都放在片内RAM就可以了,不需要片外再接RAM,DSP芯片里面集成的外设少,不像ARM那么多,所以它不适于做控制。
  专用DSP芯片:专用DSP芯片直接通过硬件实现各种数字信号处理的算法,如FFT、数字滤波、卷积、光谱分析等相关算法,速度非常快,适用于哪些对速度有着苛刻要求的场合,尤其是军工领域,当然这样的芯片造价很高,而且不具有可编程性。
  三、DSP按照所支持的数据格式

  定点DSP处理器:使用小数点位置固定的有符号数或者无符号数。定点器件在硬件结构上比浮点器件简单,价格低,速度快;
  浮点DSP处理器:使用带有指数的小数,小数点位置随具体数据不同进行浮动,浮点器件精度高,但成本、功耗相对较高,速度相对定点要慢;
  四、DSP的技术特点
  DSP由于其专门用于数字信号处理,因此具有如下技术特点:
    1、芯片内包含多个乘法器;
    2、支持专门的寻址模式,如模块(循环)寻址(对实现数字滤波器延时线很有用)、位倒序寻址(对快速傅立叶变换很有用);
    3、片内Cache大,有些还具有多级Cache,片内RAM大;
    4、单周期可以处理多条乘加操作,即单指令多数据(SIMD);
  五、DSP的应用领域
    1、通用信号处理(卷积、滤波、FFT);
    2、图形图像处理;
    3、语言语音处理;
    4、仪表仪器(频谱分析,数字滤波、地震处理等);
    5、自动控制;
    6、医疗仪器;
    7、国防军事(导航及制导,雷达监测,雷达信号处理,声纳信号处理,保密通信);
    8、移动通信;

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