DSP到底是什么？DSP的要素是什么？

2855 架构 TI芯片

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 DSP设计人员还是要知道到底DSP到底是什么？ DSP的三要素是：性能、价格与功耗吗？ 0
2021-3-5 06:23:49　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 16 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 HengDu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 dfasda 该类别下有 15 个回答。邀请回答 nhonglan 该类别下有 15 个回答。邀请回答 yonglanzhang 该类别下有 15 个回答。邀请回答 muwersddg 该类别下有 14 个回答。邀请回答杀狼000 该类别下有 14 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 14 个回答。邀请回答 C880U 该类别下有 14 个回答。邀请回答 jhdfvs 该类别下有 14 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 14 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 13 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hrtuoyu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 13 个回答。邀请回答 thyysbk 该类别下有 13 个回答。邀请回答凡人wlj 该类别下有 13 个回答。邀请回答 kszdj113 该类别下有 13 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 13 个回答。邀请回答举报李丹相关推荐 • 请问DSP是一般不跑系统吗？ 3683 • DSP初学者请教GPIO问题 2671 • ARM和DSP到底有什么区别？ 497 • mcfw api 与 link api关系 1853 • 同时DSP2812的源文件，命名不同，到底有什么区别？ 8778 • 大点数FFT运算选择FPGA还是DSP？ 7707 • DSP/BIOS和EMAC通信怎么用？ 2149 • ADSP-CM4X和SHARC DSP综合到底谁强？ 2988 • 这个到底是什么电路 905 • 项目问题：N79E815是怎么控制DSP 2930 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 DSP技术的起源要比Speak & Spell玩具早几年。在上世纪70年代初期，科学家们开始采用市售的现成TTL分立逻辑芯片，实现专门的信号处理“引擎”。早期系统相对速度缓慢，占用空间大。TRW公司在1973年发布了第一款实用的并行乘法器，并在两年后增加了位片(bit-slice)ALU。但仅乘法器芯片就要数百美元，唯一能买得起这种产品的客户只有研究实验室、医疗扫描设备制造商及军队。 1978年，American Micro- systems公司推出了第一款专门为DSP设计的单芯片IC：12位的S2811。AMI发明了一种真正创新性电路设计，但其芯片实现时采用了一种激进的“V槽”(V groove)MOS技术，而这种技术从未用于量产的商业产品。第二年，英特尔公司推出了Intel2920 16位“模拟信号处理器”，起这个名称是因为英特尔要设计一种用于直接替换模拟电路的芯片，包括了板上的A/D和D/A转换器。2920以数字形式处理模拟信号，但它缺少一个并行乘法器；此外，它600ns的周期速度太慢，无法在音频段做出有用的工作，而音频段是第一个大批量DSP芯片的市场。第一只“真正”单芯片的DSP出现在上世纪80年代初，由贝尔实验室和NEC推出，市场分析公司Forward Concepts将其定义为并行MAC(乘法器-加法器)电路。贝尔实验室的芯片叫DSP-1，是一种用于AT&T与Western Electric设计中的容性器件。NEC的μPD7720是第一种真正量产、在商业市场上发售的单芯片DSP。尽管受制于粗糙的开发工具，NEC的芯片仍然可提供充足的速度，它用一个双周期MAC实现122ns的周期时间，能够在音频段做一些有用的工作。 80年代末，理光公司的HiromitsuYagi为传统的NMOS工艺重新设计了原AMI的S2811芯片。Yagi的工作结果是理光RD28211和AMIS28211。 TI加入游戏在80年代，TI公司的Ed Caudel设计了后来成为该公司第一款DSP的初始架构。同年，Surendar Magar受雇围绕DSP算法来优化架构。1982年2月，TI在传统的“国际固态电路研讨会”上以一篇《具有数字信号处理能力的一种微计算机》(参考文献1)的论文将设计结果公诸于世。1982年4月，Caudel在巴黎召开的“音频、语音与信号处理国际研讨会”上宣布了最终产品—TMS32010。推出Speak & Spell后(图1)，TI公司继续为各种行业开发DSP器件，但业务的关键以及对市场增长起决定性作用的，还是围绕处理器所出现的生态系统。业界最早的DSP工程师之一Frantz说：“TI成为第一家拥有一款复杂的信号处理芯片的公司，也理解到器件本身并非产品，产品是器件加支持加开发环境加一条器件热线。我们为客户创造了一个产品，使他们可以将其用在自己的产品中。” 在早期年代，TI的DSP热线是为客户提供帮助的一个重要来源，尤其是很多情况下，回答电话问题的人正是被咨询器件的架构师。Frantz说：“TI有一些非常大的客户，我们接到这些大客户从不同地区打来的电话，有六到七个不同区号。我们发现自己比他们还清楚他们公司在做什么东西。我们尽自己所能帮助他们发展。” 也有很多来自小型新兴公司的电话，咨询着相同的问题，而TI早在业内成员顺应趋势做出选择以前，就看到了正在形成的市场。Frantz指出，这以后几年间，公司发明了下一代信号处理器，做出了客户想要获得的“疯狂”东西。在此过程中，TI一直牢记“三P价值”，即：性能(performance)、价格(pr ice)以及功耗(power di s -sipation)。Frantz说：“大多数人并不明白功耗是多么重要，但我们自60年代中期就一直致力于小功率器件技术，当时已经发明了计算器。” 初期，TI开始了它的第三方计划，鼓励有DSP专业能力的小型公司去“填充”TI无法照顾到的“空白”。Frantz将计划描述为一个“价值网”，所有参与者都可以通过它获得收益，同时扩展了现有的客户支持网络。 Fernando Mujica是TI系统架构实验室主任，是分析嵌入式处理方面的专家，他从Frantz这些DSP先锋手中接过了接力棒。Mujica说：“过去30年来，我们生活中的方方面面几乎都受到了DSP的影响。现在，我们正看到DSP开始做嵌入分析工作，这是需要最高程度可编程性的一个不断增长和发展的领域。现在，信号调整与压缩技术都实现为硬编码的加速器，并与DSP整合在现代的嵌入式处理器中。” 今天的DSP和其它嵌入式处理器承担了以往需要人工干预的工作。相关例子是拓展了汽车安全功能的范围，包括偏离车道警告和主动巡航控制等，这些已出现在高档汽车中。这些系统已超出了便利功能范畴，它们会向驾驶者提出警告，乃至在紧急情况下做刹车或转向操作。 Mujica表示：“在不久的将来，嵌入分析解决方案将使自动化驾驶成为一种现实(图2)。机器人是另外一个即将出现革命性变化的领域，因为嵌入式处理器的性能在增长，它们已能完成复杂的分析任务。” 如要了解DSP如何整合到很多TI提供的方案中，可以看一下该公司基于KeyStone的高性能多核处理器、单核处理器，以及OMAP处理器(参考文献2、3和4)。小功率创新者 TI不是唯一一家在“三P价值”上推动DSP技术发展的公司。ADI公司以2001年开发的定点Blackfin处理器和90年代中期的浮点Sharc处理器，坚定不移地改进着功率/性能比。随着对处理精度的需求越来越高，设计者不断地面临着解决功率预算需求的难题。ADI公司处理器营销总监Colin Duggan以及Blackfin产品经理Richard Murphy表示，ADI公司专注于现有功率的高效利用，从而获得越来越紧凑的设计，可确保有更好的系统便携性，占据最少空间，使得总体运行成本较低。他们指出，低功耗通常发热低，有助于获得更高的系统可靠性，减少了系统级与空间级的冷却，从而节省了相关的功率、空间和成本。对于电池供电设备，较低功率的处理器能延长系统电池的寿命和充电间隔，有助于减小系统尺寸和重量，保证了便携能力。处理器功耗的下降也让设计者可以使用较小的电池，最大限度地节省了功耗与空间。刚刚发布的BF60x高性能系列以及前代Blackfin中都采用了DPM(动态电源管理)，开发人员可以将处理器功耗与程序执行时的处理需求相匹配(图3)。20 01年10月，ADI率先将DPM应用于首款发布的Blackfin处理器中。小功率处理器延长了系统电池的寿命，有助于减小系统体积与重量。 Blackfin处理器中采用的其它设计技术包括：可编程电压以及频率缩放；时钟周期分辨率的动态时钟门控；多电源域，支持深度睡眠与冬眠模式；高代码密度，尽量减少了激活总线的能量；采用混合阈值电压晶体管，获得了最佳性能与功率效率；一个最高能效的全定制处理器核心；审慎采用硬件加速器；以及支持亚稳态SDRAM，使板级功耗降至最低。在浮点方面，ADI仍牢记低功耗技术，设计出了最新的Sharc 2147x。该处理器有5Mbit片上内存，设计者可以将功率存储起来，以备扩展将数据移动到外存和其它处理器。该系列的集成内存与并行处理特性能够提高性能，确保算法和程序执行得更快，从而得到了净功耗下降的好处。两两比较(均在的典型功耗)有助于ADI做出方案。在Sharc系列中，ADSP-21261在150MHz时功耗为900mW，200MHz时为1.2W；与之相比，最新的ADSP-2147x系列在150MHz时功耗180mW，在266MHz时功耗363mW。在Blackfin系列中，BF527在600MHz时的核心功耗为205mW，待机功耗为10mW，而冬眠模式耗电大约为40μA；最新的BF592在300MHz时提供88mW的动态功耗，待机功耗不到1mW，冬眠耗电为20μA。该公司最高性能的Blackfin BF609有两个500MHz核心，在1GHz时耗电400mW。 Duggan和Murphy指出，ADI的节电特性提供了灵活的控制，更新的工艺尺度有更高的功率效率。他们补充说，该公司的设计者都了解其DSP所要满足的应用的功率包络。 ADI的目标是，尽可能在应用的一个特定功率包络中获得最高的性能。用户可编程PLL，可调降自身系统时钟的外设，以及当某些外设不工作时关闭任何时钟域的能力等，都可以节能。其它节能方案包括：采用高效的总线架构，尽量增加设计中采用高阈值电压晶体管的百分比(一般为93%)，以及使用PVP(流水线视觉处理器)做为加速器。 Microchip的DSC Microchip Technology公司的数字信号处理采用了另一种方案：DSC(数字信号控制器)。第一款芯片是用一个DSP与一只8位微控制器配对。然后，Microchip的工程师在一个PIC微控制器中集成了一个DSP核心，这就是2002年面世的16位dsPIC(参考文献5)。可缩放的dsPIC解决方案提供了专利的微控制器式中断处理，可用于实时控制，据Microchip称，用DSP做实时控制一直面临着挑战(图4)。DSC核心采用一种修改过的Harvard总线架构，有16位宽的数据路径和24位宽的指令路径；广泛寻址模式；一个16×16位的通用寄存器集；一个灵活的软件栈；单周期16×16乘法功能；带双端口SRAM的DMAC(直接内存访问控制)；以及八个外设通道。 DSC的运行速度从30MIPS到70MIPS，用于数字电源、照明、电机控制、语音、生物计量、传感器处理以及简单滤波器等市场。芯片包含了用于语音处理的DAC、电机控制PWM、快速ADC，以及专门用于SMPS(开关电源)应用的ADC。Microchip公司称这些器件具有高运放集成度，提供了微控制器般的“观感”，设计者无需学习DSP设计或软件就可以使用。 Microchip鼓励从dsPIC到PIC24微控制器的无缝迁移，两者的代码与引脚兼容。同样免费的MPLABX集成开发环境可用于Microchip的8位、16位与32位微控制器及其DSC。该公司称其战略是为工程师们提供简单的解决方案，使应用开发人员(如数字电源)能够方便地使用模拟友好的高度集成dsPIC。转向FPGA 从传统DSP转向基于FPGA的DSP硬件，这个过程会涉及一组新的设计技巧，以及对硬件的新理解。对于刚开始使用FPGA或DSP的开发人员，这种转换可能是一个相当大的任务，它增加了设计日程的风险。高级经理Tom Hill为Xilinx编写过一份白皮书《Xilinx DSP设计平台：简化FPGA在DSP中的使用》(参考文献6)，其中给出了Xilinx的DSP开发套件设计思想，以简化FPGA的采用，算法与硬件开发人员在用Xilinx器件开发DSP应用时，能快速地进入状态。 Hill指出，在90年代时，Xilinx设计了用于DSP处理的4000 系列FPGA。客户很快发现，他们可以用FPGA建立数字滤波器。大约1999年，时任Xilinx现场应用工程师的Bruce Newgard认为公司有一个很大的机会，但管理层需要一些有说服力的东西，才同意在Xilinx内部成立一个DSP部门。 2005年，Xilinx打造完成了一个DSP战略，即与TI和MathWorks合作，为算法开发与设计实现引入FPGA/DSP协处理平台和紧密集成的工具流。同一年，Forward Concepts估计，基于FPGA DSP解决方案的性能与灵活性可以应付20亿美元的高性能DSP市场。Xilinx初期的目标市场是高增长的数字通信、MVI(多媒体、视频与影像)，以及防务系统。这些领域加起来，要占到80%以上的高性能DSP市场份额。 Xilinx与MathWorks合作开发了SystemGenerator，这是业界第一个针对Xilinx FPGA的DSP插件。今天，SystemGenerator for DSP是采用FPGA做高性能DSP系统设计的一款领先高级工具。 Xilinx 称，使用System Generator，没什么FPGA设计经验的开发人员也可以快速地通过算法FPGA实现量产质量的DSP，所花时间只有传统RTL开发的几分之一。工具提供了系统建模以及从MathWorks Simulink的自动代码生成，并集成了RTL、嵌入、IP、Matlab，以及一个DSP系统的硬件。System Generator for DSP是XilinxDSP目标设计平台(Targeted DesignPlatform)的一个关键部分。 Xilinx已转换了自己的业务模型，从水平的FPGA供应商，变成为垂直的应用促进商，在不同的细分市场都有自己的业务。下一阶段是由工具、IP、硅片和套件组成的面向算法的平台。 Xilinx基于FPGA的DSP平台现在可与真实世界的信号相连接，并有与高速数据转换器的接口。数据会以极高速率采样，然后下变频，以简化DSP硬件实现。Hill指出，FPGA通常用于处理接口和下变频的系统，但40%的情况下会与DSP器件一起使用。一些用户对于使用基于FPGA的DSP存在着一些疑问，如技术的易用性以及设计流程的障碍等，因此在2011年1月，Xilinx买下了AutoESL。双方结合，就是2012年1月的XilinxAutoESL，它使设计者能更容易地快速用FPGA实现DSP系统，并提供了向下一代AutoESL技术的一种更平滑转换，这就是Vivado High-Level Synthesis 2012.2(参考文献7)。随着Vivado设计套件的推出，VivadoHigh-Level Synthesis(高级综合)能够让开发人员将C、C++和System C直接应用于FPGA，而不需要手动创建RTL，从而加快了设计实现。 Hill指出，今天，如果你能用一只DSP做设计，客户就会使用一只DSP；如果设计要求采用两片或三片DSP，则FPGA就极有竞争力。对于高负荷的滤波，FPGA具有优势。FPGA能完成无线、雷达与军用声纳对抗中的上/下变频和数字预校正。医疗影像是另外一个重要领域，如有些CT扫描与拥有256个以上传感器的超声设备。 3 月份，Xilinx 推出了Zynq -7000，宣称在一只器件上集成了“全部可编程的”SoC，它提供ASIC式的性能与功耗、FPGA的灵活性，以及微处理器的编程简便性(图5)。Zynq-7000生态系统包括硬件与软件开发工具，以及操作系统。

2021-3-5 18:36:40 评论举报刘嵘