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朱振刚 日记

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DSP微处理器  

2012-12-10 19:11:42|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息,来处理现实信号的方法,这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里,数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。
DSP微处理器

DSP芯片特点

1、采用哈佛结构

  DSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构或改进的哈佛结构,比传统的冯?诺依曼结构有更快的指令执行速度。

  1)冯?诺依曼 采用单存储空间,即程序指令和数据指令公用一个存储空间,使用单一的地址和数据总线,取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行的。

  2)哈佛结构

  采用双存储空间,程序存储和数据存储分开,有各自独立的程序总线和数据总线,可独立的编址和独立访问,可对程序和数据进行独立的传输,使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成,大大的提高了数据处理的能力和指令执行的速度,非常适合于实时的数字信号处理。

  3)改进型的哈佛结构

  改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线,即一条程序总线和多条数据总线。其特点如下:

  允许在程序空间和数据空间传送数据,使这些数据可以由算术运算指令直接调用,增强了芯片的灵活性。

  提供了存储指令的高速缓冲器(Cache)和相应的指令,当重复执行这些指令时,只需读入一次就可连续使用,不需要再次从程序存储器中读出,从而减少了指令执行所需要的时间。

2 采用多总线结构

  DSP芯片都采用多总线结构,可同时进行取指令和多个数据存取操作,并由辅助寄存器自动增减地址,使CPU在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问,大大提高了DSP的运行速度。

3 采用流水线技术

  每一条指令可通过片内多功能单元完成指令、译码、取操作数和执行等多个步骤,实现多条指令并行执行,从而在不提高时钟频率的条件下减少每条指令执行的时间。

、配有专用的硬件乘法-累加器

  为了适应数字信号处理的需要,当前的DSP芯片都配有硬件乘法-累加器,可以一个周期内完成一次乘法和一次累加操作,从而可实现数据的硬件乘法-累加操作。如矩阵运算、FIRIIRFFT变换等专用信号处理。

5 具有特殊的DSP指令

  为了满足数字信号处理的需要,在DSP的指令系统中,设计了一些完成特殊功能的指令。如:TMS320C54x中的FIRSLMS指令,专门完成系数对称的FIR滤波器和IIR滤波器。

6 快速的指令周期

  由于采用哈佛结构、流水线操作、硬件乘法-累加器、特殊指令和集成的优化设计,使指令周期可在20ns以下。如TMS320C54x的运算速度为100MIPS

7 硬件配置强

  新一代的DSP芯片具有较强的接口功能,除了具有串行口、定时器、主机接口音(HPI)、DMA控制器、软件可编程等待状态发生器等片内外设外,还配有中断处理器、PLL、片内存储器、测试接口等单元电路,可以方便地构成一个嵌入式自封闭的处理器。

8 支持多处理器结构

  尽管当前的DSP芯片已达到了较高的水平,但一些实时性要求很高的场合,单片DSP的处理能力还不能满足要求。如在图象压缩、雷达定位等应用中,若采用单处理器将无法胜任。因此,支持多处理器系统就成为提高DSP应用性能的重要途径之一。

9 省电管理和低功耗

  DSP功耗一般为0.5-4W,若采用低功耗技术可使功耗降到0.25W,可用电池供电,适用于便携式数字终端设备.

DSP优点

  对元件值的容限不敏感,受温度、环境等外部因素影响小;

  容易实现集成;VLSI

  可以分时复用,共享处理器;

  方便调整处理器的系数实现自适应滤波;

  可实现模拟处理不能实现的功能:线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等;

  可用于频率非常低的信号。

DSP缺点

  需要模数转换;

  受采样频率的限制,处理频率范围有限;

  数字系统由耗电的有源器件构成,没有无源设备可靠。

  但是其优点远远超过缺点。

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