ＤＳＰ处理器及其应用刍议:日常应用用什么处理器的手机

　　摘要：本文简要介绍了DSP处理器和DSP技术，比较了DSP和ASIC、FPGA、GPP等技术在应用中的异同和优劣，并对常用DSP处理器的分类和型号做了相关讨论。 　　关键词：DSP；TI；TMS320；CPU
　　中图分类号：TP36文献标识码：A
　　
　　1 DSP处理器概况
　　
　　随着电子信息技术的发展，微型计算机在生产生活的各个方面发挥着越来越大的作用，各种家用电器，生产机械，运输工具里都有它的身影。据报导，在一辆最新的BMW轿车里，总共有数百片各种微型计算机负责驱动、测量、控制、娱乐等各种功能。DSP处理器，全称为数字信号处理器（Digital Signal Processor），是一类特殊的微型计算机。这类计算机在设计和制造时，对数字信号处理做了特别优化，能够快速有效的执行数字信号处理算法和程序。DSP处理器特别适合应用于实时性要求很高的场合，如音频视频处理、车辆控制等。和一般的微型计算机相比，DSP处理器有一些突出优点：如单指令时间可执行多个操作，实时性强，灵活性强，可靠性高，系统性能好，系统造价低等。
　　
　　一个典型的DSP处理器应用实例如上图。在现代数字手机中，均采用一块DSP处理器来实现对声音信号的处理。人的语音先通过A/D转换为数字信号，然后经过DSP处理器进行压缩、频率变化等处理再发送出去，接收端首先对接收的数字信号进行相应的还原处理，再经D/A还原成语音信号。?
　　
　　2 DSP和ASIC、FPGA、GPP等技术的比较
　　
　　在DSP处理器的应用场合，还有一些其他的技术比如ASIC，FPGA和GPP等。在本节中我们主要讨论在具体应用场合中DSP技术和这些技术的优劣。?
　　2．1 DSP与ASIC
　　ASIC是Application Specific Integrated Circuits的简称，翻译为专用大规模集成电路。这类芯片一般是厂商为实现单一功能而专门设计的，比如VCD/DVD机中的硬件解码芯片就是ASIC设计。ASIC设计的优点是可以完美的执行专用的功能，能耗也小，但是和DSP技术相比，它不能实现现场编程，只对单一功能有效。如果需要修改ASIC芯片的功能，就要从头开始一个全新的设计，价格昂贵，耗时也长。DSP设计则可以方便的通过修改软件的内容来实现不同功能。所以，ASIC技术只适用于大规模生产的定型产品设计，DSP技术则也可以适用于需要修改设计的场合。?
　　2．2 DSP与FPGA
　　FPGA是Field Programmable Gate Arrays的简称，翻译为现场可编程门阵列。与ASIC设计不同，FPGA可以通过现场编程来修改设计，实现不同的功能。同时，因为FPGA使用低级逻辑门来实现硬件功能，所以执行性能也很高。但是，和DSP技术相比，FPGA的造价和能耗都相当高，所以只适合用于设计教学场合，不适合用于大规模生产。?
　　2．3 DSP与GPP
　　GPP是General Purpose Processor的简称，也就是前文提到过的通用微型处理器。和通用微型处理器不同，DSP处理器使用特殊的哈佛结构，所以DSP处理器可以一个指令时间处理多个操作，所有基本的算术运算都可以在一个指令时间内完成。相应地，在通用微型处理器里，一个算术运算的执行时间（乘除法）可以长达几十个指令时间，相对于相同主频的处理器，DSP运算要快得多。同时，DSP处理器为数字信号处理算法中常见的重复/循环操作做了优化，如IIR Filter， FIR Filter，FFT和Convolution等算法，并采用多种寻址方式以提高算法效率。一般来说，DSP处理器还集成了强大的I/O接口，可以方便的扩展接口电路。通用处理器一般用于搭建运行通用操作系统的计算机，比如运行UNIX或Windows的计算机，而DSP则常用于嵌入式系统或专用系统。
　　在实际应用场合中，DSP也可能和以上技术相结合使用以实现强大的设计功能。下图为一典型手机终端的内部结构框图，其核心运算处理单元由两个处理器构成。其中一个为DSP处理器，用于数字信号处理相关运算，另一为通用处理器，主要负责逻辑控制，用户输入输出以及运行操作系统。两个处理器共享数据总线和存储器，各有分工，相得益彰。
　　
　　
　　3 DSP应用场合及分类
　　
　　常见的DSP应用场合包括手机、调制解调器、传真机、DVD机、家庭影院、汽车、计算机硬盘、卫星、电信交换机、数字广播、打印机、数码相机、数字电视、LCD显示器等等。这些设备中都存在一个甚至多个DSP处理器。
　　DSP处理器根据运算功能的不同，也分为几类。只执行定点运算的DSP叫做定点DSP，例如TI TMS320C2x，C50，C2000，Motorola 56000，Lucent DSP16和Analog Devices ADSP2100；只执行浮点运算的DSP叫做浮点DSP，如TI TMS320C4X，C3X，Motorola 96000，Lucent DSP 32C和Analog Devices ADSP21000；既具有定点运算功能又具有浮点运算功能的DSP称为多处理器单元DSP，如TI TMS320C80和TMS320C6000。
　　提到具体的DSP处理器产品线，则不能不提德州仪器（TI）公司TMS320系列。世界上第一款DSP处理器正是TI公司于1982年推出的。经过20多年的发展，今天TI公司的DSP产品在业界同时具有领先的技术水平和市场份额。因此，本节主要讨论TI TMS320系列DSP。
　　下图表示了TI TMS320系列DSP处理器的发展演变过程。定点DSP从1983年的C1x开始，经历C2x，C2000阶段，发展到C5000系列；浮点DSP从C3x系列开始，经历C4x等阶段，发展到现在最新，功能最强大的C6000系列。
　　
　　现在市场上主推的TI TMS320系列DSP，主要分为三个产品线，即TMS320C2000系列、TMS320C5000系列和TMS320C5000系列。这三个系列的应用领域各有侧重，如下图所示。
　　　　具体来说，TMS320C2000系列主要应用于高性能数字控制领域。此系列DSP具有高性能定点运算能力，高效代码执行能力，以及方便的控制系统接口能力。常见的应用场合包括工业电机驱动、水泵、电扇、空调、电器、伺服马达驱动、工厂自动化、交通运输、高压供电、办公设备。
　　TMS320C5000则在提供优秀性能接口的前提下，偏重于小体积低功耗设计。它广泛应用于功耗要求严格的场合，比如个人便携设备和无线通讯设备中。具体来说，在手机、数字音乐播放器、数码相机、便携产品、网络产品、VoIP系统、无线调制解调器、IP电话以及PDA中，都常常见到C5000系列DSP的身影。
　　TMS320C6000系列DSP是TI最新的高性能DSP系列，基于C语言优化，价格较低廉同时功耗低，适用于高性能要求设计。常见应用场合有DSL调制解调器，数码相机，VoIP系统，无线基站，无线网络，中央交换机，网络摄像头，程控交换机和语音识别。
　　
　　4 结束语
　　
　　进入二十一世纪，人们的日常生活正朝着信息化、媒体化的大趋势前进，可以预见，数字信号处理技术将会在生产生活的各个方面发挥更加重要的作用。DSP处理器作为实现实时数字信号处理的重要手段，将会在相当长一段时间内成为计算机应用领域的一个关注热点。?
　　
　　参考文献：?
　　[1]TI"s Website： www．ti．com.?
　　[2]Digital Signal Processing Implementation， Prentice Hall Press， 2000， By Naim Dahnoun.?
　　[3]朱铭锆等.DSP应用系统设计[M].北京：电子工业出版社，2002.?

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