DSP芯片的特点及DSP芯片需要考虑的3个方面

一、DSP芯片的特点  

DSP(Digital Signal Processing)即数字信号处理技术，DSP芯片即指能够实现数字信号处理技术的芯片。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。  

DSP芯片是一种专门用于数字信号处理(DSP)的微处理器，其主要特点如下：  

高效的信号处理能力：DSP芯片具有高效的数字信号处理能力，能够快速高效地完成数字信号处理任务。  

大规模的数据处理能力：DSP芯片可以同时处理多个数据流，因此具有大规模的数据处理能力，能够支持多通道数据处理。  

专用的指令集和硬件加速器：DSP芯片通常具有专门的指令集和硬件加速器，能够高效地执行数字信号处理算法，提高处理速度。 

高精度的运算和控制：DSP芯片能够支持高精度的数字运算和控制，包括高速乘法器和高精度数值处理单元等。  

易于开发和调试：DSP芯片通常具有友好的开发环境和调试工具，使得开发者可以轻松地开发和调试数字信号处理应用。  

可编程性：DSP芯片具有可编程的特性，能够根据不同的应用场景进行编程，使得其应用范围更加广泛。  

(1) 在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。  

(2) 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。  

(3) 片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。  

(4) 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。  

(5) 快速的中断处理和硬件I/O支持。  

(6) 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。  

(7) 可以并行执行多个操作。  

(8) 支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。  

与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。  

综上所述，DSP芯片具有高效的数字信号处理能力、大规模的数据处理能力、专用的指令集和硬件加速器、高精度的运算和控制、易于开发和调试以及可编程性等特点，因此被广泛应用于音频、视频、图像处理、通信、控制系统等领域。

二、DSP芯片需要考虑的3个方面

1、运算速度  

首先我们要确定数字信号处理的算法，算法确定以后其运算量和完成时间也就大体确定了，根据运算量及其时间要求就可以估算DSP芯片运算速度的下限。在选择DSP芯片时，各个芯片运算速度的衡量标准主要有：  

MIPS(Millions of Instructions Per Second)，百万条指令/秒，一般DSP为20~100MIPS，使用超长指令字的TMS320B2XX为2400MIPS。必须指出的是这是定点DSP芯片运算速度的衡量指标，应注意的是，厂家提供的该指标一般是指峰值指标，因此，系统设计时应留有一定的裕量。  

MOPS(Millions of Operations Per Second)，每秒执行百万操作。这个指标的问题是什么是一次操作，通常操作包括CPU操作外，还包括地址计算、DMA访问数据传输、I/O操作等。一般说MOPS越高意味着乘积-累加和运算速度越快。MOPS可以对DSP芯片的性能进行综合描述。  

MFLOPS(Million Floating Point Operations Per Second)，百万次浮点操作/秒，这是衡量浮点DSP芯片的重要指标。例如TMS320C31在主频为40MHz时，处理能力为40MFLOPS，TMS320C6701在指令周期为6ns时，单精度运算可达1GFLOPS。浮点操作包括浮点乘法、加法、减法、存储等操作。应注意的是，厂家提供的该指标一般是指峰值指标，因此，系统设计时应注意留有一定的裕量。  

MBPS(Million Bit Per Second)，它是对总线和I/O口数据吞吐率的度量，也就是某个总线或I/O的带宽。例如对TMS320C6XXX、200MHz时钟、32bit总线时，总线数据吞吐率则为800Mbyte/s或6400MBPS。ACS(Multiply-Accumulates Per Second)，例如TMS320C6XXX乘加速度达300MMACS~600MMACS。  

指令周期，即执行一条指令所需的时间，通常以ns(纳秒)为单位，如TMS320LC549-80在主频为80MHz是的指令周期为12.5ns。  

MAC时间，执行一次乘法和加法运算所花费的时间：大多数DSP芯片可以在一个指令周期内完成一次MAC运算。  

FFT/FIR执行时间，运行一个N点FFT或N点FIR程序的运算时间。由于FFT运算/FIR运算是数字信号处理的一个典型算法，因此，该指标可以作为衡量芯片性能的综合指标。  

2、运算精度  

一般情况下，浮点DSP芯片的运算精度要高于定点DSP芯片的运算精度，但是功耗和价格也随之上升。一般定点DSP芯片的字长为16位、24位或者32位，浮点芯片的字长为32位。累加器一般都为32位或40位。

定点DSP的特点是主频高、速度快、成本低、功耗小，主要用于计算复杂度不高的控制、通信、语音/图像、消费电子产品等领域。通常可以用定点器件解决的问题，尽量用定点器件，因为它经济、速度快、成本低，功耗小。但是在编程时要关注信号的动态范围，在代码中增加限制信号动态范围的定标运算，虽然我们可以通过改进算法来提高运算精度，但是这样做会相应增加程序的复杂度和运算量。浮点DSP的速度一般比定点DSP处理速度低，其成本和功耗都比定点DSP高，但是由于其采用了浮点数据格式，因而处理精度，动态范围都远高于定点DSP，适合于运算复杂度高，精度要求高的应用场合;即使是一般的应用，在对浮点DSP进行编程时，不必考虑数据溢出和精度不够的问题，因而编程要比定点DSP方便、容易。因此说，运算精度要求是一个折衷的问题，需要根据经验等来确定一个最佳的结合点。  

3、字长的选择  

一般浮点DSP芯片都用32位的数据字，大多数定点DSP芯片是16位数据字。而Motorola公司定点芯片用24位数据字，以便在定点和浮点精度之间取得折衷。字长大小是影响成本的重要因素，它影响芯片的大小、引脚数以及存储器的大小，设计时在满足性能指标的条件下，尽可能选用最小的数据字。

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