讓你說出知道的芯片的名稱，你可能會一時想不起，也不能一一羅列DSP芯片都有哪些。或許是對DSP芯片深刻的了解才了然于心，由于種種原因的忘卻;或許是因為大家在說DSP芯片好，既然大家都說好，那才是真的好，至于怎樣好，可能是似懂非懂。那好吧，不管是懂還是不懂，現(xiàn)在讓我們從新的視角來讀懂這個芯片的世界，讓你發(fā)現(xiàn)不曾明白的細(xì)節(jié)。
DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，采用特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)，是一種專注于進(jìn)行數(shù)字信號處理運算的微處理器，其主要應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理，是數(shù)字信號處理理論實用化過程的重要技術(shù)工具。在語音處理、圖像處理等技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。那根據(jù)對DSP芯片的理解來對比與其他芯片的最要的區(qū)別是什么?杭州海康威視數(shù)字技術(shù)股份有限公司的高級嵌入式開發(fā)經(jīng)理黃田認(rèn)為，DSP芯片與其它芯片的最大區(qū)別在于它擁有針對各種算法設(shè)計的大量專用指令，比如各種向量運算。另外DSP芯片在設(shè)計時更多地考慮到數(shù)據(jù)總線的帶寬以及吞吐量，避免數(shù)據(jù)訪問成為影響算法性能的瓶頸。
芯片的基本結(jié)構(gòu)
為了快速地實現(xiàn)數(shù)字信號處理運算，DSP芯片一般都采用特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)。下面簡單介紹DSP芯片的基本結(jié)構(gòu)。
(1)哈佛結(jié)構(gòu)
主要特點是將程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址，獨立訪問。與兩個存儲器相對應(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。由于程序和數(shù)據(jù)在兩個分開的空間，因此取指和執(zhí)行能完全重疊。
(2)流水線操作
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)行時間，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。下面所列是一個三級流水線操作的例子：
CLLOUT1
取指NN-1N-2;
譯碼N-1NN-2;
執(zhí)行N-2N-1N，
(3)專用的硬件乘法器
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，乘法可在一個指令周期內(nèi)完成。
(4)特殊的DSP指令
DSP是采用特殊的指令。
(5)快速的指令周期
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)計可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。
DSP系統(tǒng)的特點
數(shù)字信號處理有別于普通的科學(xué)計算與分析，它強(qiáng)調(diào)運算處理的實時性，因此DSP除了具備普通微處理器所強(qiáng)調(diào)的高速運算和控制功能外，針對實時數(shù)字信號處理，在處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)、指令流程上具有許多新的特征，其特點如下：
算術(shù)單元
具有硬件乘法器和多功能運算單元，硬件乘法器可以在單個指令周期內(nèi)完成乘法操作，這是DSP區(qū)別于通用的微處理器的一個重要標(biāo)志。多功能運算單元可以完成加減、邏輯、移位、數(shù)據(jù)傳送等操作。新一代DSP內(nèi)部甚至還包含多個并行的運算單元，以提高其處理能力。針對濾波、相關(guān)、矩陣運算等需要大量乘和累加運算的特點，DSP的算術(shù)單元的乘法器和加法器，可以在一個時鐘周期內(nèi)完成相乘、累加兩個運算。近年出現(xiàn)的一些DSP如ADSP2106X、 DSP96000系列DSP可以同時進(jìn)行乘、加、減運算，大大加快了FFT的蝶形運算速度。
總線結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)的通用處理器采用統(tǒng)一的程序和數(shù)據(jù)空間、共享的程序和數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，即所謂的馮.諾依曼結(jié)構(gòu)。DSP普遍采用了數(shù)據(jù)總線和程序總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)或者改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，極大地提高了指令執(zhí)行速度。片內(nèi)的多套總線可以同時進(jìn)行取指令和多個數(shù)據(jù)存取操作，許多DSP片內(nèi)嵌有DMA控制器，配合片內(nèi)多總線結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)塊傳送速度大大提高。
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