DSP芯片的发展和应用

DSPDSP芯片的应用与发展芯片的应用与发展 班级 08通信二班 姓名 丁璐 学号 2 摘要摘要 DSP芯片 也称数字信号处理器 是一种具有特殊结构的微处 理器 DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构 具有专门的 硬件乘法器 广泛采用流水线操作 提供特殊的DSP指令 可以用来 快速的实现各种数字信号处理算法 其工作原理是接收模拟信号 转换为0或1的数字信号 再对数字信号进行修改 删除 强化 并 在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式 它 不仅具有可编程性 而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂 指令程序 远远超过通用微处理器 是数字化电子世界中日益重要 的电脑芯片 它的强大数据处理能力和高运行速度 是最值得称道 的两大特色 关键字 关键字 DSP TI公司 发展 芯片 现状 应用 趋势 DSP芯片主要特点芯片主要特点 1 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法 2 程序和数据空间分开 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 快速的中断处理和硬件I O支持 6 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器 7 可以并行执行多个操作 8 支持流水线操作 使取指 译码和执行等操作可以重叠执行 与通用微处理器相比 DSP芯片的其他通用功能相对较弱些 DSPDSP芯片的发展历史芯片的发展历史 世界上第一个单片DSP芯片应当是1978年AMI公司发布的 S2811 1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片 的一个主要里程碑 这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的 单周期乘法器 1980年 日本NEC公司推出的 PD7720是第一个具有 乘法器的商用DSP芯片 在这之后 最成功的DSP芯片当数美国德州仪器公司 TexasInstruments 简称TI 的一系列产品 TI公司在1982年成 功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品 TMS32011 TMS320C10 C14 C15 C16 C17等 之后相继推出了第二代 DSP芯片TMS32020 TMS320C25 C26 C28 第三代DSP芯片 TMS320C30 C31 C32 第四代DSP芯片TMS320C40 C44 第五代DSP芯 片TMS320C5X C54X 第二代DSP芯片的改进型TMS320C2XX 集多片 DSP芯片于一体的高性能DSP芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第六 代DSP芯片TMS320C62X C67X等 TI将常用的DSP芯片归纳为三大系列 即 TMS320C2000系列 包括TMS320C2X C2XX TMS320C5000系列 包括TMS320C5X C54X C55X TMS320C6000系列 TMS320C62X C67X 如今 TI公司的一系列DSP产品已经成为当 今世界上最有影响的DSP芯片 TI公司也成为世界上最大的DSP芯片 供给商 其DSP市场份额占全世界份额近50 第一个采用CMOS工艺生产浮点DSP芯片的是日本的Hitachi公司 它于1982年推出了浮点DSP芯片 1983年日本Fujitsu公司推出的 MB8764 其指令周期为120ns 且具有双内部总线 从而使处理吞吐 量发生了一个大的飞跃 而第一个高性能浮点DSP芯片应是AT T公司 于1984年推出的DSP32 与其他公司相比 Motorola公司在推出DSP芯片方面相对较晚 1986年 该公司推出了定点处理器MC56001 1990年 推出了与IEEE 浮点格式兼容的浮点DSP芯片MC96002 美国模拟器件公司 Analog Devices 简称AD 在DSP芯片市场 上也占有一定的份额 相继推出了一系列具有自己特点的DSP芯片 其定点DSP芯片有 ADSP2101 2103 2105 ASDP2111 2115 ADSP2161 2162 2164以及 ADSP2171 2181 浮点DSP芯片有 ADSP21000 21020 ADSP21060 21062等 自1980年以来 DSP芯片得到了突飞猛进的发展 DSP芯片的应 用越来越广泛 从运算速度来看 MAC 一次乘法和一次加法 时间 已经从20世纪80年代初的400ns 如TMS32010 降低到10ns以下 如 TMS320C54X TMS320C62X 67X等 处理能力提高了几十倍 DSP芯 片内部要害的乘法器部件从1980年的占模片区 diearea 的40 左 右下降到5 以下 片内RAM数量增加一个数量级以上 从制造工艺来 看 1980年采用4 m的N沟道MOS NMOS 工艺 而现在则普遍采用 亚微米 Micron CMOS工艺 DSP芯片的引脚数量从1980年的最多64 个增加到现在的200个以上 引脚数量的增加 意味着结构灵活性的 增加 如外部存储器的扩展和处理器间的通信等 此外 DSP芯片的 发展使DSP系统的成本 体积 重量和功耗都有很大程度的下降 DSPDSP芯片的应用 芯片的应用 自从DSP芯片诞生以来 DSP芯片得到了飞速的发展 DSP芯片高 速发展 一方面得益于集成电路的发展 另一方面也得益于巨大的 市场 在短短的十多年时间 DSP芯片已经在信号处理 通信 雷达 等许多领域得到广泛的应用 目前 DSP芯片的价格也越来越低 性 能价格比日益提高 具有巨大的应用潜力 DSP芯片的应用主要有 1 信号处理 如 数字滤波 自适应滤波 快速傅里叶变 换 相关运算 频谱分析 卷积等 2 通信 如 调制解调器 自适应均衡 数据加密 数据 压缩 回坡抵消 多路复用 传真 扩频通信 纠错编码 波形产 生等 3 语音 如语音编码 语音合成 语音识别 语音增强 说 话人辨认 说话人确认 语音邮件 语音储存等 4 图像 图形 如二维和三维图形处理 图像压缩与传输 图像增强 动画 机器人视觉等 5 军事 如保密通信 雷达处理 声纳处理 导航等 6 仪器仪表 如频谱分析 函数发生 锁相环 地震处理 等 7 自动控制 如引擎控制 深空 自动驾驶 机器人控制 磁盘控制 8 医疗 如助听 超声设备 诊断工具 病人监护等 9 家用电器 如高保真音响 音乐合成 音调控制 玩具 与游戏 数字电话 电视等 DSPDSP芯片的现状芯片的现状 国际发展现状国际发展现状 国际DSP处理发展的现状 国外的商业化信号处理设备一直保持 着快速的发展势头 欧美等科技大国保持着国际领先的地位 例如 美国DSP research公司 Pentek公司 Motorola公司 加拿大Dy4公 司等 他们很多已经发展到相当大的规模 竞争也愈发激烈 我们 从国际知名DSP技术公司发布的产品中就可以了解一些当今世界先进 的数字信号处理系统的情况 以Pentek公司一款处理板4293为例 使用8片TI公司 300 MHz的 TMS320C6203芯片 具有19 200 MIPS的处理能力 同时集成了8片32 MB的SDRAM 数据吞吐600 MB s 该公司另一款处理板4294集成了4 片Motorola MPC7410 G4 PowerPC处理器 工作频率400 500 MHz 两级缓存256K 64 bit 最高具有16MB的SDRAM ADI公司的TigerSHARC芯片也由于其出色的协同工作能力 可以 组成强大的处理器阵列 在诸多领域 特别是军事领域 获得了广 泛的应用 以英国Transtech DSP公司的TP P36N为例 它由4 8片 TS101b TigerSharc 芯片构成 时钟 250 MHz 具有6 12 GFLOPS的处理能力 DSP应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化 在以往的20 年中 这一进程在不断重复进行 而且周期在不断缩小 在数字信 息时代 更多的新技术和新产品需要快速地推上市场 因此 DSP的 产业化进程还是需要加速进行 随着竞争的加剧 DSP生产商随时调 整发展规划 以全面的市场规划和完善的解决方案 加上新的开发 历年 不断深化产业化进程 我国发展现状我国发展现状 随着我国信息产业的发展 近年来我国的数字信号处理学科发 展较快 DSP处理器已经在我国的数字通信 信号处理 雷达 电子 对抗 图像处理等方面得到了广泛的应用 为科学技术和国民经济 建设创造了很大价值 全国有很多高校 科研机构的信号处理实验 室都在大力研究性能更高的数字信号处理设备 取得了很多研究成 果 我国的科研人员通过对先进的DSP芯片的研究 已经研制出一些 高性能处理设备的解决方案 并且在板级PCB设计方面 也取得了宝 贵的设计经验 但是 应该看到 我国在信号处理理论 高速高性能处理器设 计和制造方面与国际先进水平还有较大差距 而且 主要的核心处 理器件基本完全依赖进口 这也是我国半导体研究领域需要大力加 强的工作之一 复杂的大型处理机PCB板级设计和制造也存在一定困 难 也是需要我国科研人员发扬勇于拼搏的精神 继续的刻苦努力 DSP技术展望技术展望 1 向着集成DSP方向发展 目前的DSP多数基于RISC 精简指令集 结构 这种结构的优点 是尺寸小 功耗低 性能高 现在各DSP厂纷纷采用新工艺 将几 个DSP核 MPU核 专用处理单元 外围电路单元和存储单元集成 在一个芯片上 成为DSP系统级集成电路 2 内核结构进一步改善 多通道结构和单指令多重数据 SIMD 超长指令字结构 VLIM 超标量结构 超流水结构 多处理 多线程及可并行扩 展的超级哈佛结构在高性能处理器将占据主导地位 3 进一步降低功耗和几何尺寸 DSP的应用范围已经扩大到人们工作生活的各个领域 特别是便 携式手持产品对于低功耗和尺寸的要求很高 所以DSP有待于进一 步降低功耗 随着CMOS的发展 提高DSP的运算速度和降低功耗 尺寸是完全可