SHARC引領(lǐng)第四代通用DSP高端應(yīng)用潮流

　　回顧數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)的發(fā)展史，我們可以看到，DSP的發(fā)展大致經(jīng)歷了五個(gè)階段：(1)雛形階段。世界上第一個(gè)單片DSP芯片應(yīng)當(dāng)是1978年AMI公司發(fā)布的S2811，1980年，日本 NEC公司推出的μPD7720是第一個(gè)具有乘法器的商用DSP 芯片。

　　(2)第一代真正意義的DSP。1982年TI公司推出的TMS320ClO是第一代DSP的代表，它是16位定點(diǎn)DSP，首次采用哈佛結(jié)構(gòu)，完成乘累加運(yùn)算時(shí)間為390ns，處理速度較慢。

　　(3)第二代DSP。1987年Motorola公司(后分離出Freescale半導(dǎo)體公司)推出了24位定點(diǎn)DSP芯片——DSP56001。ADI公司的ADSP-2100、TI公司的TMS320C50、AT&T公司的DSPl6A等也都是第二代DSP產(chǎn)品的典型代表。

　　(3)第三代DSP。包括第三代定點(diǎn)(ADSP-2180、TMS320C541、DSP56301等)，這些產(chǎn)品改進(jìn)了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加了并行處理單元，擴(kuò)展了內(nèi)部存儲(chǔ)器容量，提高了處理速度。同時(shí)期還出現(xiàn)了功能更強(qiáng)的32位浮點(diǎn)，如ADI公司的ADSP-21020，TI公司的TMS320C3X等。

　　(4)第四代DSP。過去幾年業(yè)界推出了性能更高的第四代處理器并不斷衍生更多產(chǎn)品，如ADI公司的32位浮點(diǎn)處理器SHRAC系列一代(ADSP2106X)、二代(ADSP2116X)、三代(ADSP2126X、ADSP2136X)以及最新的第四代SHARC系列ADSP2146X等，成為通用DSP技術(shù)發(fā)展路線上的又一座分水嶺。

　　從ADI SHARC產(chǎn)品組合可以看到：在速度、性能、集成度和I/O吞吐率等方面，第四代DSP比前一代DSP又有跨越式的增強(qiáng)。SHARC支持高性能32位和40位擴(kuò)展浮點(diǎn)運(yùn)算以及32位定點(diǎn)運(yùn)算，速度最快的SHARC處理器的內(nèi)核時(shí)鐘頻率最高可達(dá)450 MHz，處理能力達(dá)到2700 MFLOP(SHARC 2146x系列)，而且片上外設(shè)也越來越豐富。它們正在為諸如工業(yè)控制、專業(yè)音響、汽車音頻、醫(yī)療電子等對信號處理品質(zhì)要求非常嚴(yán)苛的高端應(yīng)用提供核心動(dòng)力，為人類生活創(chuàng)造更多精彩。

　　第四代通用DSP的典型先進(jìn)特性

　　強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力。SHARC處理器的高運(yùn)算性能來自SHARC內(nèi)核采用的一種單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)架構(gòu)。此架構(gòu)包含兩個(gè)能夠并行執(zhí)行代碼的運(yùn)算單元，這意味著用戶可以在這兩個(gè)運(yùn)算單元中于同一周期內(nèi)執(zhí)行相同的指令。單周期執(zhí)行雙乘法和ALU運(yùn)算是SHARC處理器的特點(diǎn)之一，而且在單周期內(nèi)還能完成雙讀或雙寫數(shù)據(jù)以及取指令操作。為了保持這種單周期操作性能，內(nèi)核和存儲(chǔ)器之間存在很寬的帶寬。SHARC的一些浮點(diǎn)優(yōu)勢，如浮點(diǎn)運(yùn)算可以減少量化誤差，還能實(shí)現(xiàn)更高的精度和更大的動(dòng)態(tài)范圍，這對濾波器等應(yīng)用來說是很有幫助的。

　　SHARC上集成了最多達(dá)67個(gè)零開銷DMA通道的直接存儲(chǔ)器訪問引擎。這個(gè)引擎在移動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)無需內(nèi)核干預(yù)，因?yàn)镈MA傳送期間可以同時(shí)傳送代碼和數(shù)據(jù)，而且在傳送過程中還能自動(dòng)打包8、16、32、40或48位數(shù)據(jù)。這也為提高系統(tǒng)處理性能立下了汗馬功勞。

　　圖1：第四代通用DSP的最先進(jìn)代表——SHARC ADSP2146X的功能框圖。