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DSP芯片的選擇

作者: 時(shí)間:2016-12-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
設(shè)計(jì)DSP應(yīng)用系統(tǒng),選擇DSP芯片時(shí)非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。只有選定了DSP芯片才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)外圍電路集系統(tǒng)的其它電路。總的來說,DSP芯片的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)需要而確定。一般來說,選擇DSP芯片時(shí)考慮如下諸多因素。

1. DSP芯片的運(yùn)算速度。運(yùn)算速度是DSP芯片的一個(gè)最重要的性能指標(biāo),也是選擇DSP芯片時(shí)所需要考慮的一個(gè)主要因素。DSP芯片的運(yùn)算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來衡量:
(1) 指令周期。就是執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間,通常以ns為單位。
(2) MAC時(shí)間。即一次乘法加上一次加法的時(shí)間。
(3) FFT執(zhí)行時(shí)間。即運(yùn)行一個(gè)N點(diǎn)FFT程序所需的時(shí)間。
(4) MIPS。即每秒執(zhí)行百萬條指令。
(5) MOPS。即每秒執(zhí)行百萬次操作。
(6) MFLOPS。即每秒執(zhí)行百萬次浮點(diǎn)操作。
(7) BOPS。即每秒執(zhí)行十億次操作。

2. DSP芯片的價(jià)格。根據(jù)一個(gè)價(jià)格實(shí)際的應(yīng)用情況,確定一個(gè)價(jià)格適中的DSP芯片。

3. DSP芯片的硬件資源。

4. DSP芯片的運(yùn)算速度。

5. DSP芯片的開發(fā)工具。

6. DSP 芯片的功耗。

7. 其它的因素,如封裝的形式、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生命周期等。

DSP應(yīng)用系統(tǒng)的運(yùn)算量是確定選用處理能力多大的DSP芯片的基礎(chǔ)。那么如何確定DSP系統(tǒng)的運(yùn)算量以選擇DSP芯片呢?

1. 按樣點(diǎn)處理
按樣點(diǎn)處理就是DSP算法對每一個(gè)輸入樣點(diǎn)循環(huán)一次。例如;一個(gè)采用LMS算法的256抽頭德的自適應(yīng)FIR濾波器,假定每個(gè)抽頭的計(jì)算需要3個(gè)MAC周期,則256抽頭計(jì)算需要256*3=768個(gè)MAC周期。如果采樣頻率為8KHz,即樣點(diǎn)之間的間隔為125μs的時(shí)間,DSP芯片的MAC周期為200μs,則768個(gè)周期需要153.6μs的時(shí)間,顯然無法實(shí)時(shí)處理,需要選用速度更快的芯片。

2. 按幀處理
有些數(shù)字信號處理算法不是每個(gè)輸入樣點(diǎn)循環(huán)一次,而是每隔一定的時(shí)間間隔(通常稱為幀)循環(huán)一次。所以選擇DSP芯片應(yīng)該比較一幀內(nèi)DSP芯片的處理能力和DSP算法的運(yùn)算量。假設(shè)DSP芯片的指令周期為P(ns),一幀的時(shí)間為⊿τ(ns),則該DSP芯片在一幀內(nèi)所提供的最大運(yùn)算量為⊿τ/ P 條指令。

DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)

DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)包括:
(1)哈佛結(jié)構(gòu);
(2)流水線操作;
(3)專用的硬件乘法器;
(4)特殊的DSP指令;
(5)快速的指令周期。

哈佛結(jié)構(gòu)
哈佛結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是將程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中,即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器,每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址,獨(dú)立訪問。與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對應(yīng)的是系統(tǒng)中設(shè)置了程序總線和數(shù)據(jù)總線,從而使數(shù)據(jù)的吞吐率提高了一倍。由于程序和存儲(chǔ)器在兩個(gè)分開的空間中,因此取指和執(zhí)行能完全重疊。
流水線與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān),DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行的時(shí)間,從而增強(qiáng)了處理器的處理能力。處理器可以并行處理二到四條指令,每條指令處于流水線的不同階段。

專用的硬件乘法器
乘法速度越快,DSP處理器的性能越高。由于具有專用的應(yīng)用乘法器,乘法可在一個(gè)指令周期內(nèi)完成。

特殊的DSP指令DSP芯片是采用特殊的指令。
快速的指令周期哈佛結(jié)構(gòu)、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。

DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)
數(shù)字信號處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號處理為基礎(chǔ),因此具有數(shù)字處理的全部特點(diǎn):

接口方便:
DSP系統(tǒng)與其它以現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)或設(shè)備都是相互兼容,這樣的系統(tǒng)接口以實(shí)現(xiàn)某種功能要比模擬系統(tǒng)與這些系統(tǒng)接口要容易的多。

編程方便:
DSP系統(tǒng)種的可編程DSP芯片可使設(shè)計(jì)人員在開發(fā)過程中靈活方便地對軟件進(jìn)行修改和升級。

穩(wěn)定性好:
DSP系統(tǒng)以數(shù)字處理為基礎(chǔ),受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小,可靠性高。

精度高:
16位數(shù)字系統(tǒng)可以達(dá)到的精度。

可重復(fù)性好:
模擬系統(tǒng)的性能受元器件參數(shù)性能變化比較大,而數(shù)字系統(tǒng)基本上不受影響,因此數(shù)字系統(tǒng)便于測試,調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)。

集成方便:
DSP系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性,便于大規(guī)模集成。


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