数字信号处理器的选择策略

1、数字信号处置惩罚器的选择计谋DSP器件按方案要求可以分为两类。第一类，应用范畴为廉价的、大范围嵌入式应用体系，如、磁盘驱动(DSP用作伺服电机操纵)以及便携式数字音频播放器等。在这些应用中代价和集成度是最紧张的思量因素。对付便携式电池供电的装备，功耗也是一个要害的因素。只管这些应用常常必要开拓运行于DSP的客户应用软件和外围支持硬件，但易于开拓的要求仍旧是次要的因素，由于批量消费可以分摊开拓本钱，从而低落单元产物的开拓本钱。别的一类是必要用庞大算法对大量数据举行处置惩罚的应用，比方声纳探测和地动探测等，也必要用DSP器件。该类装备的批量一样平常较孝算法要求苛刻、产物很大并且很庞大。以是方案工程

2、师在选择处置惩罚器时会只管选择性能最正确、易于开拓并支持多处置惩罚器的DSP器件。偶然，方案工程师更爱好选用现成的开拓板来开拓体系而不是从零开始硬件和软件方案，同时可以接纳现成的成效库文件开拓应用软件。在现实方案时应按照详细的应用选择符合的DSP。差异的DSP有差异的特点，实用于差异的应用，在选择时可以遵照以下要点。算法格式DSP的算法有多种。绝大多数的DSP处置惩罚器利用定点算法，数字表现为整数或-1.0到+1.0之间的小数情势。有些处置惩罚器接纳浮点算法，数据表现成尾数加指数的情势：尾数2指数。浮点算法是一种较庞大的通例算法，利用浮点数据可以实现大的数据动态范畴(这个动态范畴可以用最大和最

3、小数的比值来表现)。浮点DSP在应用中，方案工程师不消体贴动态范畴和精度一类的题目。浮点DSP比定点DSP更轻易编程，但是本钱和功耗高。由于本钱和功耗的缘故原由，一样平常批量产物选用定点DSP。编程和算法方案职员通过阐发或仿真来确定所必要的动态范畴和精度。假设要求易于开拓，并且动态范畴很宽、精度很高，可以思量接纳浮点DSP。也可以在接纳定点DSP的条件下由软件实现浮点盘算，但是如许的软件步伐会占用大量处置惩罚器时间，因此很少利用。有用的措施是“块浮点，利用该要领将具有雷同指数，而尾数差异的一组数据作为数据块举行处置惩罚。“块浮点处置惩罚通常用软件来实现。数据宽度全部浮点DSP的字宽为32位，而

4、定点DSP的字宽一样平常为16位，也有24位和20位的DSP，如摩托罗拉的DSP563XX系列和Zran公司的ZR3800X系列。由于字宽与DSP的外部尺寸、管足数目以及必要的存储器的巨细等有很大的干系，以是字宽的是非直接影响到器件的本钱。字宽越宽那么尺寸越大，管足越多，存储器要求也越大，本钱相应地增大。在满意方案要求的条件下，要只管选用小字宽的DSP以减小本钱。在关于定点和浮点的选择时，可以衡量字宽和开拓庞大度之间的干系。比方，通过将指令组合连用，一个16位字宽的DSP器件也可以实现32位字宽双精度算法(固然双精度算法比单精度算法慢得多)。假设单精度能满意绝大多数的盘算要求，而仅少量代码必要

5、双精度，这种要领也可行，但假设大多数的盘算要求精度很高，那么必要选用较大字宽的处置惩罚器。请留意，绝大多数DSP器件的指令字和数据字的宽度一样，也有一些不一样，如ADI(模拟器件公司)的ADSP-21XX系列的数据字为16位而指令字为24位。DSP的速率处置惩罚器是否切合方案要求,要害在于是否满意速率要求。测试处置惩罚器的速率有很多要领，最根本的是丈量处置惩罚器的指令周期，即处置惩罚器实行最快指令所必要的时间。指令周期的倒数除以一百万，再乘以每个周期实行的指令数，结果即为处置惩罚器的最高速率，单元为每秒百万条指令IPS。但是指令实行时间并不克不及表白处置惩罚器的真正性能，差异的处置惩罚器在单个

6、指令完成的使命量不一样，单纯地比力指令实行时间并不克不及公平地域别性能的差异。如今一些新的DSP接纳超长指令字(VLI)架构，在这种架构中，单个周期时间内可以实现多条指令，而每个指令所实现的使命比传统DSP少，因此相对VLI和通用DSP器件而言，比力IPS的巨细时会产生误导作用。纵然在传统DSP之间比力IPS巨细也具有必然的单方面性。比方，某些处置惩罚器容许在单个指令中同时对几位一起举行移位，而有些DSP的一个指令只能对单个数据位移位；有些DSP可以举行与正在实行的ALU指令无关的数据的并行处置惩罚(在实行指令的同时加载操纵数)，而别的有些DSP只能支持与正在实行的ALU指令有关的数据并行处置

7、惩罚；有些新的DSP容许在单个指令内界说两个A。因此仅仅举行IPS比力并不克不及正确得出处置惩罚器的性能。办理上述题目的要领之一是接纳一个根本的操纵(而不是指令)作为尺度来比力处置惩罚器的性能。常用到的是A操纵，但是A操纵时间不克不及提供比力DSP性能差异的充足信息，在绝大多数DSP中，A操纵仅在单个指令周期内实现，其A时间即是指令周期时间，如上所述，某些DSP在单个A周期内处置惩罚的使命比别的DSP多。A时间并不克不及反响诸如循环操纵等的性能，而这种操纵在全部的应用中都市用到。最通用的措施是界说一套尺度例程，比力在差异DSP上的实行速率。这种例程大概是一个算法的“焦点成效，如FIR或IIR滤

8、波器等，也可以是整个或部门应用步伐(如语音编码器)。图1为利用BDTI公司的东西测试的几款DSP器件性能。在比力DSP处置惩罚器的速率时要留意其所标榜的PS(百万次操纵每秒)和FLPS(百万次浮点操纵每秒)参数，由于差异的厂商对“操纵的明白不一样，指标的意义也不一样。比方，某些处置惩罚器能同时举行浮点乘法操纵和浮点加法操纵，因此标榜其产物的FLPS为IPS的两倍。其次，在比力处置惩罚器时钟速率时，DSP的输入时钟大概与其指令速率一样，也大概是指令速率的两倍到四倍，差异的处置惩罚器大概不一样。别的，很多DSP具偶然钟倍频器或锁相环，可以利用外部低频时钟产生片上所需的高频时钟信号。存储器办理DSP

9、的性能受其对存储器子体系的办理本领的影响。如前所述，A和别的一些信号处置惩罚成效是DSP器件信号处置惩罚的根本本领，快速A实行本领要求在每个指令周期从存储器读取一个指令字和两个数据字。有多种要领实现这种读取，包罗多接口存储器(容许在每个指令周期内对存储器屡次拜候)、分散指令和数据存储器(“哈佛布局及其派生类)以及指令缓存(容许从缓存读取指令而不是存储器，从而将存储器空闲出来用作数据读取)。图2和图3表现了哈佛存储器布局与很多微操纵器接纳的“冯诺曼布局的差异。别的要留意所支持的存储器空间的大校很多定点DSP的重要目的市场是嵌入式应用体系，在这种应用中存储器一样平常较小，以是这种DSP器件具有小到

10、中等片上存储器(4K到64K字摆布)，备有窄的外部数据总线。别的，绝大多数定点DSP的地点总线小于或即是16位，因此可外接的存储器空间受到限定。一些浮点DSP的片上存储器很小，乃至没有，但外部数据总线宽。比方TI公司的TS32030只有6K片上存储器，外部总线为24位，13位外部地点总线。而ADI的ADSP2-21060具有4b的片上存储器，可以多种方法分别为步伐存储器和数据存储器。选择DSP时，必要按照详细应用对存储空间巨细以及对外部总线的要求来选择。开拓的轻便性对差异的应用来说，对开拓轻便性的要求不一样。对付研究和样机的开拓，一样平常要求体系东西能便于开拓。而假设公司在开拓下一代产物，本钱

11、是最紧张的因素，只要能低落终极产物的本钱，一样平常他们乐意蒙受很啰嗦的开拓，接纳庞大的开拓东西(固然假设大大耽误了产物上市的时间那么是另一回事)。因此选择DSP时必要思量的因素有软件开拓东西(包罗汇编、链接、仿真、调试、编译、代码库以及及时操纵体系等部门)、硬件东西(开拓板和仿真机)和高级东西(比方基于框图的代码天生环境)。利用这些东西的方案历程如图4所示。选择DSP器件时常有怎样实现编程的题目。一样平常方案工程师选择汇编语言或高级语言(如或Ada)，或两者相结合的措施。如今大部门的DSP步伐接纳汇编语言，由于编译器产生的汇编代码一样平常未经最优化，必要手动举行步伐优化，低落步伐代码巨细和使流

12、程更公正，进一步加速步伐的实行速率。如许的事情对付消耗类电子产物很成心义，由于通过代码的优化能补充DSP性能的不敷。利用高级语言编译器的方案工程师会创造，浮点DSP编译器的实行结果比定点DSP好，这有几个缘故原由：起首，多数的高级语言自己并不支持小数算法；其次，浮点处置惩罚器一样平常比定点处置惩罚用具有更规矩的指令，指令限定少，更得当编译器处置惩罚；第三，由于浮点处置惩罚器支持更大的存储器，能提供充足的空间。编译器产生的代码一样平常比手动天生的代码更大。不管是用高级语言照旧汇编语言实现编程，都必需留意调试和硬件仿真东西的利用，由于很大一部门的开拓时间会花在这里。险些全部的消费商都提供指令集仿真

13、器，在硬件完成之前，接纳指令集仿真器对软件调试很有帮助。假设所用的是高级语言，对高级语言调试器成效举行评估很紧张，包罗可否与模拟机和/或硬件仿真器一起运行等性能。大多数DSP贩卖商提供硬件仿真东西，如今很多处置惩罚用具有片上调试/仿真成效，通过接纳IEEE1149.1JTAG尺度的串行接口拜候。该串行接口容许基于扫描的仿真，即步伐员通过该接口加载断点，然后通过扫描处置惩罚器内部存放器来检察处置惩罚器到达断点后存放器的内容并举行修改。很多的消费商都可以提供现成的DSP开拓体系板。在硬件没有开拓完成之前可用开拓板实现软件及时运行调试，如容许以进步终极产物的可制造性。对付一些小批量体系乃至可以用开拓

14、板作为终极产物电路板。支持多处置惩罚器在某些数据盘算量很大的应用中，常常要求利用多个DSP处置惩罚器。在这种环境下，多处置惩罚器互连和互连性能(关于彼此间通讯流量、开销和时间耽误)成为紧张的思量因素。如ADI的ADSP-2106X系列提供了简化多处置惩罚器体系方案的专用硬件。电源办理和功耗DSP器件越来越多地应用在便携式产物中，在这些应用中功耗是一个紧张的思量因素，因此DSP消费商只管在产物内部参加电源办理并低落事情电压以减小体系的功耗。在某些DSP器件中的电源办理成效包罗：a.低落事情电压：很多消费商提供低电压DSP版本(3.3V,2.5V,或1.8V)，这种处置惩罚器在雷同的时钟下功耗远远

15、低于5V供电的同类产物。b.“休眠或“空闲形式：绝大多数处置惩罚用具有关断处置惩罚器部门时钟的成效，低落功耗。在某些环境下，非屏蔽的停顿信号可以将处置惩罚器从“休眠形式下规复，而在别的一些环境下，只有设定的几个外部停顿才气叫醒处置惩罚器。有些处置惩罚器可以提供差异省电成效和时延的多个“休眠形式。.可编程时钟分频器：某些DSP容许在软件操纵下改变处置惩罚器时钟，以便在某个特定使命时利用最低时钟频率来低落功耗。d.外围操纵：一些DSP器件容许步伐制止体系未用到的外围电路的事情。不管电源办理特性怎么样，方案工程师要得到良好的省电方案很困难，由于DSP的功耗随所实行的指令差异而差异。多数消费商所提供的功耗指标为典范值或最大值，而TI公司给出的指标是一个破例，该公司的应用实例中详细地说明白在实行差异指令和差异设置下的功耗。本钱因素在满意方案要求条件下要只管利用低本钱DSP，纵然这种DSP编程难度很大并且机动性差。在处置惩罚器系列中，越自制的处置惩罚器成效越少，片上存储器也越小，性能也比代价高的处置惩罚器差。封装差异的DSP器件代价也存在差异。比方，PQFP和TQFP封装比PGA封装自制得多。在思量到本钱时要牢记两