數(shù)字信號(hào)處理器的選擇?

　　數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)處理器的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，但實(shí)際上沒(méi)有一個(gè)處理器能完全滿足所有的或絕大多數(shù)應(yīng)用需要，設(shè)計(jì)工程師在選擇處理器時(shí)需要根據(jù)性能、成本、集成度、開(kāi)發(fā)的難易程度以及功耗等因素進(jìn)行綜合考慮。

　　DSP器件按設(shè)計(jì)要求可以分為兩類(lèi)。第一類(lèi)，應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榱畠r(jià)的、大規(guī)模嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，如手機(jī)、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)(DSP用作伺服電機(jī)控制)以及便攜式數(shù)字音頻播放器等。在這些應(yīng)用中價(jià)格和集成度是最重要的考慮因素。對(duì)于便攜式電池供電的設(shè)備，功耗也是一個(gè)關(guān)鍵的因素。盡管這些應(yīng)用常常需要開(kāi)發(fā)運(yùn)行于DSP的客戶應(yīng)用軟件和外圍支持硬件，但易于開(kāi)發(fā)的要求仍然是次要的因素，因?yàn)榕�量生產(chǎn)可以分?jǐn)傞_(kāi)發(fā)成本，從而降低單位產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本。

　　另外一類(lèi)是需要用復(fù)雜算法對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的應(yīng)用，例如聲納探測(cè)和地震探測(cè)等，也需要用DSP器件。該類(lèi)設(shè)備的批量一般較小、算法要求苛刻、產(chǎn)品很大而且很復(fù)雜。所以設(shè)計(jì)工程師在選擇處理器時(shí)會(huì)盡量選擇性能最佳、易于開(kāi)發(fā)并支持多處理器的DSP器件。有時(shí)，設(shè)計(jì)工程師更喜歡選用現(xiàn)成的開(kāi)發(fā)板來(lái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)而不是從零開(kāi)始硬件和軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)可以采用現(xiàn)成的功能庫(kù)文件開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件。

　　在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用選擇合適的DSP。不同的DSP有不同的特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用，在選擇時(shí)可以遵循以下要點(diǎn)。

　　DSP開(kāi)發(fā)的簡(jiǎn)便性

　　對(duì)不同的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，對(duì)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便性的要求不一樣。對(duì)于研究和樣機(jī)的開(kāi)發(fā)，一般要求系統(tǒng)工具能便于開(kāi)發(fā)。而如果公司在開(kāi)發(fā)下一代手機(jī)產(chǎn)品，成本是最重要的因素，只要能降低最終產(chǎn)品的成本，一般他們?cè)敢獬惺芎軣┈嵉拈_(kāi)發(fā)，采用復(fù)雜的開(kāi)發(fā)工具(當(dāng)然如果大大延遲了產(chǎn)品上市的時(shí)間則是另一回事)。

　　因此選擇DSP時(shí)需要考慮的因素有軟件開(kāi)發(fā)工具(包括匯編、鏈接、仿真、調(diào)試、編譯、代碼庫(kù)以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等部分)、硬件工具(開(kāi)發(fā)板和仿真機(jī))和高級(jí)工具(例如基于框圖的代碼生成環(huán)境)。利用這些工具的設(shè)計(jì)過(guò)程如圖4所示。

　　選擇DSP器件時(shí)常有如何實(shí)現(xiàn)編程的問(wèn)題。一般設(shè)計(jì)工程師選擇匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言(如C或Ada)，或兩者相結(jié)合的辦法�，F(xiàn)在大部分的DSP程序采用匯編語(yǔ)言，由于編譯器產(chǎn)生的匯編代碼一般未經(jīng)最優(yōu)化，需要手動(dòng)進(jìn)行程序優(yōu)化，降低程序代碼大小和使流程更合理，進(jìn)一步加快程序的執(zhí)行速度。這樣的工作對(duì)于消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品很有意義，因?yàn)橥ㄟ^(guò)代碼的優(yōu)化能彌補(bǔ)DSP性能的不足。

　　使用高級(jí)語(yǔ)言編譯器的設(shè)計(jì)工程師會(huì)發(fā)現(xiàn)，浮點(diǎn)DSP編譯器的執(zhí)行效果比定點(diǎn)DSP好，這有幾個(gè)原因：首先，多數(shù)的高級(jí)語(yǔ)言本身并不支持小數(shù)算法；其次，浮點(diǎn)處理器一般比定點(diǎn)處理器具有更規(guī)則的指令，指令限制少，更適合編譯器處理；第三，由于浮點(diǎn)處理器支持更大的存儲(chǔ)器，能提供足夠的空間。編譯器產(chǎn)生的代碼一般比手動(dòng)生成的代碼更大。

　　不管是用高級(jí)語(yǔ)言還是匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編程，都必須注意調(diào)試和硬件仿真工具的使用，因?yàn)楹艽笠徊糠值拈_(kāi)發(fā)時(shí)間會(huì)花在這里。幾乎所有的生產(chǎn)商都提供指令集仿真器，在硬件完成之前，采用指令集仿真器對(duì)軟件調(diào)試很有幫助。如果所用的是高級(jí)語(yǔ)言，對(duì)高級(jí)語(yǔ)言調(diào)試器功能進(jìn)行評(píng)估很重要，包括能否與模擬機(jī)和/或硬件仿真器一起運(yùn)行等性能。

　　大多數(shù)DSP銷(xiāo)售商提供硬件仿真工具，現(xiàn)在許多處理器具有片上調(diào)試/仿真功能，通過(guò)采用IEEE1149.1JTAG標(biāo)準(zhǔn)的串行接口訪問(wèn)。該串行接口允許基于掃描的仿真，即程序員通過(guò)該接口加載斷點(diǎn)，然后通過(guò)掃描處理器內(nèi)部寄存器來(lái)查看處理器到達(dá)斷點(diǎn)后寄存器的內(nèi)容并進(jìn)行修改。

　　很多的生產(chǎn)商都可以提供現(xiàn)成的DSP開(kāi)發(fā)系統(tǒng)板。在硬件沒(méi)有開(kāi)發(fā)完成之前可用開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)時(shí)運(yùn)行調(diào)試，這樣可以提高最終產(chǎn)品的可制造性。對(duì)于一些小批量系統(tǒng)甚至可以用開(kāi)發(fā)板作為最終產(chǎn)品電路板。

　　支持多處理器

　　在某些數(shù)據(jù)計(jì)算量很大的應(yīng)用中，經(jīng)常要求使用多個(gè)DSP處理器。在這種情況下，多處理器互連和互連性能(關(guān)于相互間通信流量、開(kāi)銷(xiāo)和時(shí)間延遲)成為重要的考慮因素。如ADI的ADSP-2106X系列提供了簡(jiǎn)化多處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專(zhuān)用硬件。

　　電源管理和功耗

　　DSP器件越來(lái)越多地應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品中，在這些應(yīng)用中功耗是一個(gè)重要的考慮因素，因而DSP生產(chǎn)商盡量在產(chǎn)品內(nèi)部加入電源管理并降低工作電壓以減小系統(tǒng)的功耗。在某些DSP器件中的電源管理功能包括：

　　a.降低工作電壓：許多生產(chǎn)商提供低電壓DSP版本(3.3V，2.5V，或1.8V)，這種處理器在相同的時(shí)鐘下功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5V供電的同類(lèi)產(chǎn)品。

　　b.“休眠”或“空閑”模式：絕大多數(shù)處理器具有關(guān)斷處理器部分時(shí)鐘的功能，降低功耗。在某些情況下，非屏蔽的中斷信號(hào)可以將處理器從“休眠”模式下恢復(fù)，而在另外一些情況下，只有設(shè)定的幾個(gè)外部中斷才能喚醒處理器。有些處理器可以提供不同省電功能和時(shí)延的多個(gè)“休眠”模式。

　　c.可編程時(shí)鐘分頻器：某些DSP允許在軟件控制下改變處理器時(shí)鐘，以便在某個(gè)特定任務(wù)時(shí)使用最低時(shí)鐘頻率來(lái)降低功耗。

　　d.外圍控制：一些DSP器件允許程序停止系統(tǒng)未用到的外圍電路的工作。

　　不管電源管理特性怎么樣，設(shè)計(jì)工程師要獲得優(yōu)秀的省電設(shè)計(jì)很困難，因?yàn)镈SP的功耗隨所執(zhí)行的指令不同而不同。多數(shù)生產(chǎn)商所提供的功耗指標(biāo)為典型值或最大值，而TI公司給出的指標(biāo)是一個(gè)例外，該公司的應(yīng)用實(shí)例中詳細(xì)地說(shuō)明了在執(zhí)行不同指令和不同配置下的功耗。

　　成本因素

　　在滿足設(shè)計(jì)要求條件下要盡量使用低成本DSP，即使這種DSP編程難度很大而且靈活性差。在處理器系列中，越便宜的處理器功能越少，片上存儲(chǔ)器也越小，性能也比價(jià)格高的處理器差。

　　封裝不同的DSP器件價(jià)格也存在差別。例如，PQFP和TQFP封裝比PGA封裝便宜得多。

　　在考慮到成本時(shí)要切記兩點(diǎn)。首先，處理器的價(jià)格在持續(xù)下跌；第二點(diǎn)，價(jià)格還依賴(lài)于批量，如10，000片的單價(jià)可能會(huì)比1，000片的單價(jià)便宜很多。

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