【正文】 時(shí)鐘頻率＜指令速率 —— 倍頻和鎖相技術(shù)? 例如 40MHz DSP56156 的 MIPS = 20MHz ADSP2101 的 MIPS18 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心存貯的組織n指令 Mem 和數(shù)據(jù) Mem 的組織uDSP存貯中的組織對(duì)性能有很大影響。n注意事項(xiàng)uMOPS和 MFLOPS的區(qū)別F MOPS— 每秒鐘多少百萬次運(yùn)算（ Millions of operations per second）F MFLOPS— 每秒鐘多少百萬次浮點(diǎn)運(yùn)算F 不同的廠家對(duì)由什么構(gòu)成 “ 運(yùn)算（ Operation） ” 理解不同。17 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心速度 (Speed)n標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn) (Benchmarks) u 一個(gè)更通用的方法是定義一組標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)，然后比較各個(gè) DSP 的運(yùn)行速度。現(xiàn)在大多數(shù) DSP 都在一個(gè)指令周期內(nèi)完成一個(gè) MAC 操作，并且 MAC 周期等于指令周期。16 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心速度 (Speed)n基本操作周期u為了克服上述問題，用基本操作周期來代替指令操作周期作為衡量 DSP 速度的標(biāo)尺。 另外，有的 DSP(如Motorala的 DSP5600系列 )可以對(duì)和 ALU沒有關(guān)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行并列移動(dòng)。F 例如，早期的 DSP 在一個(gè)指令周期內(nèi)只能完成一次加法或者乘法 (兩者不能同時(shí)完成 )。若 DSP 指令周期為 20ns～ 100ns， 即執(zhí)行速率為 50～ 10MIPS。有許多方法可以測(cè)試 DSP 的速度。反之，則需要更寬比特的 DSP。當(dāng)然雙精度的運(yùn)算速度比單精度慢。14 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心數(shù)據(jù)寬度 (Data Width)n應(yīng)用選擇 — 字長(zhǎng)與開發(fā)復(fù)雜度折中u對(duì)于開發(fā)者來講，在滿足需要的情況下，應(yīng)選擇最小的 DSP， 這樣價(jià)格才能便宜；u對(duì)于選擇定點(diǎn) DSP 還是浮點(diǎn) DSP， 需要對(duì)字長(zhǎng)和開發(fā)復(fù)雜性進(jìn)行折中；F 對(duì)于某些 24bit 才能滿足需要的應(yīng)用，我們?cè)跔奚藦?fù)雜性或程序的基礎(chǔ)上， 16bitDSP 也能滿足需要。如 AD公司 ADSP21XX系列 16bit數(shù)據(jù)字長(zhǎng) 24bit指令字長(zhǎng) 。DSP 的運(yùn)算13 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心數(shù)據(jù)寬度 (Data Width)n所有的浮點(diǎn) DSP 都是 32bit 數(shù)據(jù)字 (Data Word)n定點(diǎn) DSP 常用 16bit數(shù)據(jù)字 ,但 Motorala DSP5600X系列和 Star 半導(dǎo)體公司 SPROC 系列采用 24bit 字寬， Zoran ZR38000 采用 20bit 數(shù)據(jù)字。u塊浮點(diǎn)運(yùn)算 (Block floatingpoint)F定點(diǎn)和浮點(diǎn)運(yùn)算的折中構(gòu)成了塊浮點(diǎn)運(yùn)算 —— 一組數(shù)中數(shù)據(jù)具有不同的尾數(shù)，但具有唯一的、相同的指數(shù)表示這一數(shù)據(jù)塊。但這樣做需要很多個(gè)指令周期，得不償失。DSP 的運(yùn)算12 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心n 定點(diǎn) DSP 完成浮點(diǎn)運(yùn)算 浮點(diǎn)u在定點(diǎn) DSP 中完成通常的浮點(diǎn)運(yùn)算是可能的。F 大動(dòng)態(tài)范圍、高精度、開發(fā)容易，選擇浮點(diǎn) DSP。 因?yàn)榍度胂到y(tǒng)對(duì)于價(jià)格是首位的。F 更貴 :浮點(diǎn) DSP 為了完成浮點(diǎn)運(yùn)算，需要增加復(fù)雜的電路，這也就意味著一個(gè)大的沖模 (die)。尾數(shù)部分通常是 +～ 之間的小數(shù)，而指數(shù)部分表示二進(jìn)制中小數(shù)點(diǎn)的位置。u定點(diǎn)制 DSP： 一個(gè)數(shù)表示為整數(shù)或者 +～ 之間的函數(shù)。 這樣，多媒體就需要海量存貯。F 多項(xiàng)功能之間更有效的切換? 多媒體除要求更有效地完成多項(xiàng)功能外，還要求 DSP 必須具有更有效地切換多項(xiàng)功能的能力。u多媒體對(duì) DSP 的要求：F 高性能、低價(jià)格、高集成度? 多媒體除具有嵌入系統(tǒng)的量大、低價(jià)、高集成度的特點(diǎn)外，還要求高性能。9 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心DSP 的應(yīng)用n多媒體（ multimedia） — 新興市場(chǎng)u許多廠家正在占領(lǐng)這個(gè)新興的市場(chǎng)，包含有 DSP 的計(jì)算機(jī)可以提供多媒體功能。u在某些情況下，設(shè)計(jì)者不愿意通過改造已有 DSP 系統(tǒng)，防止產(chǎn)生零亂。它們的數(shù)量很少，但其算法很復(fù)雜。F 在這些系統(tǒng)中，性能和開發(fā)難易居次要地位，雖然用戶也開發(fā)自己的 DSP 軟件和圍繞 DSP 配置自己的硬件。u價(jià)格、集成度占首位F 例如：移動(dòng)電話、硬盤驅(qū)動(dòng)器（ DSP用語伺服控制）和調(diào)制解調(diào)器（ modem）。 這些因素包括：性能指標(biāo)、價(jià)格、集成度、開發(fā)難易、功耗及其它因素。u串口u并口u特殊的 I/O 處理機(jī)制 —— 低層的中斷或者 DMA 方式7 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心DSP 的應(yīng)用n DSP 從雷達(dá)分析到消費(fèi)者電子都有廣泛的應(yīng)用，但沒有一個(gè) DSP 能滿足所有的或者大多數(shù)的應(yīng)用。u通常，對(duì)于特殊的循環(huán)或者重復(fù)指令， DSP 允許開發(fā)人員完成一個(gè) For_Next 循環(huán)語句，不用為了更新或檢測(cè)循環(huán)計(jì)數(shù)器而花費(fèi)任何指令周期。u 比特反轉(zhuǎn)（ bit_reversed） 尋址F這種方式更易于編譯快速 FFT 算法的結(jié)果。u間接尋址F最常用的尋址方式是具有后增量（ Post_increment）的間接尋址寄存器，它通常用于連續(xù)存放一系列數(shù)據(jù)。F為了支持同時(shí)多個(gè)存取， DSP提供了多個(gè)片內(nèi) ? (a) 總線 (OnChip Bus)；? (b) 多個(gè)片內(nèi)存貯器以及某些情況下的 ? (c) 多個(gè)獨(dú)立的存貯空間。u通常在單個(gè)指令周期內(nèi)完成多個(gè)存貯器讀取是有許多客觀限制的。為了完成此功能， DSP在主數(shù)據(jù)通路中集成有乘法器和累加器；u另外，為了進(jìn)行一系列 MAC運(yùn)算而又沒有發(fā)生運(yùn)算溢出 (overflow)， DSP通常在累加器中提供額外的比特?cái)?shù)，以滿足計(jì)算結(jié)果對(duì)比特?cái)?shù)增加的要求。3 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心什么是 DSP ?n多數(shù) DSP 共有的基本特性： 高性能、重復(fù)性、高數(shù)據(jù)量。u今天的 DSP 是具有了強(qiáng)大功能的復(fù)雜器件。信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心DSP 的選擇和 設(shè)計(jì)開發(fā)門愛東教授1nDSP 芯片的選擇u什么是 DSP?uDSP的應(yīng)用uDSP的運(yùn)算u數(shù)據(jù)寬度u速度 (Speed)u存貯的組織u開發(fā)的便宜u多 DSP支持u便攜應(yīng)用u價(jià)格主題概述 nDSP 工程設(shè)計(jì)u數(shù)字化設(shè)計(jì)u模擬混合電路設(shè)計(jì)uDSPS目標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)uDSP外設(shè)的設(shè)計(jì)與使用u系統(tǒng)軟件開發(fā)u工程應(yīng)用注意事項(xiàng)2 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心DSP 簡(jiǎn)介n 數(shù)字信號(hào)處理器 (Digital Signal Processor,DSP)是專門用于更好實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的微處理器。u1980 年第一個(gè)商品化 DSP 問世；u目前眾多新的 DSP， 為設(shè)計(jì)者提供了廣泛的選擇；u新的半導(dǎo)體制造廠家不斷進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域，爭(zhēng)取更大的市場(chǎng)分額，設(shè)計(jì)者在未來幾年內(nèi)將有更廣的選擇。u下面我們就介紹現(xiàn)在商品化 DSP 的共同特點(diǎn)，解釋它們之間的區(qū)別，以及設(shè)計(jì)者在應(yīng)用時(shí)注意的事項(xiàng)。n在單個(gè)指令周期內(nèi)完成乘法累加運(yùn)算 (MultiplyAndAccumulate， MAC) 的能力u這是衡量 DSP 最常用的性能；u在涉及需要點(diǎn)乘的產(chǎn)品中，例如濾波器， MAC運(yùn)算在算法中是非常有用的。4 Men Aidong, 信息與通信工程學(xué)院多媒體技術(shù)中心什么是 DSP ?n在單個(gè)指令周期內(nèi)同時(shí)完成幾個(gè)存貯器存取的能力u這特點(diǎn)允許 DSP 在讀取指令的同時(shí)，獲得此指令所需要的被運(yùn)算數(shù)，或者 /和存貯前一指令的運(yùn)算結(jié)果。F典型之一是存取的存貯器位于片內(nèi)，這樣只能某些指令能進(jìn)行