数字信号处理器DSPs

数字信号处理器DSPs

发展趋势

北京理工大学雷达技术研究所

高梅国BIT-RRL1第一讲：概述数字信号处理技术的意义、内容高速数字信号处理器的发展

数字信号处理系统设计与开发BIT-RRL2DSPs的诞生数字信号处理理论的发展微电子的发展80年代初期第一片数字信号处理芯片诞生1983年TMS32010用于实时信号处理BIT-RRL3DSPs的迅速发展80年代还属于少数人研究的数字信号处理（DSP），进入90年代，DSP逐渐成为人们最常用的工程术语之一。21世纪，DSPs无处不在。成本下降：消费市场速度上升：满足各种需求BIT-RRL4四大DSPs产商TexasInstruments（德州仪器）公司LucentTechnologies（朗讯技术）公司AnalogDevies（模拟设备）公司Motorola（摩托罗拉）公司大约还有80家DSPs产商

BIT-RRL5主流DSP列表BIT-RRL6TI公司DSPsBIT-RRL7TI公司DSPsBIT-RRL8C6000系列BIT-RRL9高性能DSPs器件名称主频MHz数据宽度、定/浮点运行速度片内RAM1024复数FFT时间C670116732、浮1GFLOPS64KB138usC620225032、定2000MIPS3Mbits84usC620330032、定2400MIPS7Mbits70usC641660032定，外644800MIPS8Mbits10usC64XX110032定，外648800MIPS6us210604032、浮120MFLOPS4Mbits500us2116010032/40浮600MFLOPS4Mbits92usTS001M741015050032/80浮40浮点900MFLOPS4GFLOPS6Mbits64KB69us30usBIT-RRL10DSPs的特点

信号处理的基本运算：

滤波、DFT、卷积点积，乘加BIT-RRL11DSPs的特点

硬件乘法累加操作（MACs）哈佛结构零消耗循环控制地址产生器和特殊寻址模式多功能单元片内存储器

流水处理执行时间的可预测性

具有丰富的外设（DSPs具有DMA、串口、Link口、定时器等）BIT-RRL12DSPs的性能

DSP处理器的性能可分为三个档次：低成本、低性能DSPs（ADSP-21xx，TMS320C2xx，DSP560xx等系列，20～50MIPS）低能耗的中段DSPs（DSP16xx，TMS320C54x系列，100～150MIPS）多样化的高端DSPs（TMS320C6200、C6400、ADI的21160、TigerSHARC1000MIPS以上）BIT-RRL13DSPs评估标准评价处理器性能的指标速度能耗存储器容量随着处理器技术的多样化，象MIPS这样的传统量度越来越不准确

用与信号处理相关的基准程序来测试评估DSP处理器

BDTI公司已完成成套的核心标准测试程序

BIT-RRL14DSPs评估BIT-RRL15DSPs评估标准MIPS：百万条指令/秒(MillionInstructionPerSecond)按公式S=J/(Ti×10-6)计算，其中Ti为指令周期（单位ns），J为每周期并行指令数MOPS：百万次操作/秒

(MillionOperationPerSecond)MFLOPS:百万次浮点操作/秒

(MillionFloatOperationPerSecond)MBPS：百万位/秒

(MillionBitPerSecond)BIT-RRL16现代DSPs的结构

DSP处理器的更高性能由于不能从传统结构中得到解决，因此提出了各种提高性能的策略。其中提高时钟频率似乎是有限的，最好的方法是改进DSP结构——提高并行性。

提高每条指令执行的操作的数量

提高每个指令周期中执行的指令的数量

BIT-RRL17现代DSPs的结构：增强型DSP

使用额外的执行单元和增加数据通路使用复杂的、混合的指令集

缺点：结构复杂、指令复杂，进一步发展有限

朗讯公司的DSP16000，ADI的ADSP2116x

BIT-RRL18现代DSPs的结构：VLIW结构

超长指令字结构（VeryLongInstructionWord）一条指令周期执行多条指令，指令包RISC化的指令集大的统一的寄存器堆优点：高性能、结构规整（潜在的易编程和好的目标编译系统）

缺点：高功耗，代码膨胀，编译困难

BIT-RRL19现代DSPs的结构：

超标量体系结构

并行地流出和执行多个指令动态规划指令并行用于高性能的通用处理器中，如Pentium和PowerPCDSP：ZSP164xx优点：性能有大的跨越、结构规整、代码宽度没有明显增长缺点：非常高的功耗、指令的动态安排使代码优化困难

BIT-RRL20现代DSPs的结构：SIMD结构

单指令多数据流（SIMD）处理器把输入的长的数据分解为多个较短的数据，然后由单指令并行地操作，从而提高处理海量、可分解数据的能力适合于矢量、图像数据操作DSP16000，ADSP21160BIT-RRL21现代DSPs的结构：

DSP/微控制器的混合结构

在一个结上集成多种处理器，如MotorolaDSP5665x

DSP作为协处理器，如ARMPiccoloDSP核移值到已有的位处理器，如SH－DSP微控制器与已有的DSP集成在一起，如TMS320C27xxBIT-RRL22现代DSPs的结构：DSPs化现场可编程门阵列（FPGAs）

用户可定制DSPs块组建DSPs可编程整数DSPsDSP＋FPGABIT-RRL23DSP处理器发展的趋势结构多样化集成单片化用户化开发工具更完善评价体系更全面更专业DSP处理器将集成DSP处理器核，微控制器，存储器RAM和ROM，串行口，模数转换器，数模转换器，用户定义数字电路，用户定义模拟电路等BIT-RRL24GPPs在DSP中的应用

通用处理器(GPPs)借用了DSPs的许多结构优点，其浮点处理速度比高档DSPs