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DSP芯片的選擇

2021-12-23 10:07:10 來(lái)源: 網(wǎng)絡(luò)
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(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，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(lái)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(wàn)條指令。（5） MOPS。即每秒執(zhí)行百萬(wàn)次操作。（6） MFLOPS。即每秒執(zhí)行百萬(wàn)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(duì)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(wú)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(hào)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(wèn)。與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)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(hào)處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號(hào)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(guò)程中靈活方便地對(duì)軟件進(jìn)行修改和升級(jí)。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(cè)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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