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BIT-RRL 数字信号处理器DSPs发展趋势北京理工大学雷达技术研究所高梅国 第一讲：概述 数字信号处理技术的意义、内容 高速数字信号处理器的发展 数字信号处理系统设计与开发 DSPs的诞生 数字信号处理理论的发展 微电子的发展 80年代初期第一片数字信号处理芯片诞生 1983年TMS32010用于实时信号处理 DSPs的迅速发展 80年代还属于少数人研究的数字信号处理（DSP），进入90年代，DSP逐渐成为人们最常用的工程术语之一。21世纪，DSPs无处不在。 成本下降：消费市场 速度上升：满足各种需求 四大DSPs产商 Texas Instruments （德州仪器）公司 Lucent Technologies（朗讯技术）公司 Analog Devies（模拟设备）公司 Motorola（摩托罗拉）公司 大约还有80家DSPs产商 主流DSP列表 TI公司DSPs TI公司DSPs C6000系列 高性能DSPs DSPs的特点 信号处理的基本运算： 滤波、DFT、卷积 点积，乘加 DSPs的特点 硬件乘法累加操作（MACs） 哈佛结构 零消耗循环控制 地址产生器和特殊寻址模式 多功能单元 片内存储器 流水处理 执行时间的可预测性 具有丰富的外设 （DSPs具有DMA、串口、Link口、定时器等 ） DSPs的性能 DSP处理器的性能可分为三个档次： 低成本、低性能DSPs（ADSP-21xx，TMS320C2xx，DSP560xx等系列，20～50MIPS ） 低能耗的中段DSPs（DSP16xx，TMS320C54x系列，100～150MIPS ） 多样化的高端DSPs（TMS320C6200、C6400、ADI的21160、Tiger SHARC 1000MIPS以上） DSPs评估标准 评价处理器性能的指标 速度 能耗 存储器容量 随着处理器技术的多样化，象MIPS这样的传统量度越来越不准确 用与信号处理相关的基准程序来测试评估DSP处理器 BDTI公司已完成成套的核心标准测试程序 DSPs评估 DSPs评估标准 MIPS：百万条指令/秒 (Million Instruction Per Second) 按公式 S=J/(Ti×10-6) 计算，其中Ti为指令周期（单位ns），J为每周期并行指令数 MOPS：百万次操作/秒 (Million Operation Per Second) MFLOPS:百万次浮点操作/秒 (Million Float Operation Per Second) MBPS：百万位/秒 (Million Bit Per Second) 现代DSPs的结构 DSP处理器的更高性能由于不能从传统结构中得到解决，因此提出了各种提高性能的策略。其中提高时钟频率似乎是有限的，最好的方法是改进DSP结构——提高并行性。 提高每条指令执行的操作的数量 提高每个指令周期中执行的指令的数量 现代DSPs的结构：增强型DSP 使用额外的执行单元和增加数据通路 使用复杂的、混合的指令集 缺点：结构复杂、指令复杂，进一步发展有限 朗讯公司的DSP16000，ADI的ADSP2116x 现代DSPs的结构：VLIW结构 超长指令字结构（Very Long Instruction Word） 一条指令周期执行多条指令，指令包 RISC化的指令集 大的统一的寄存器堆 优点：高性能、结构规整（潜在的易编程和好的目标编译系统） 缺点：高功耗，代码膨胀 ，编译困难 现代DSPs的结构： 超标量体系结构 并行地流出和执行多个指令 动态规划指令并行 用于高性能的通用处理器中，如Pentium和PowerPC DSP：ZSP164xx 优点：性能有大的跨越、结构规整、代码宽度没有明显增长 缺点：非常高的功耗、指令的动态安排使代码优化困难 现代DSPs的结构：SIMD结构 单指令多数据流（SIMD）处理器把输入的长的数据分解为多个较短的数据，然后由单指令并行地操作，从而提高处理海量、可分解数据的能力 适合于矢量、图像数据操作 DSP16000 ，ADSP21160 现代DSPs的结构： DSP/微控制器的混合结构 在一个结上集成多种处理器，如Motorola DSP5665x DSP作为协处理器，如ARM Piccolo DSP核移值到已有的位处理器，如SH－DSP 微控制器与已有的DSP集成在一起，如TMS320C27xx 现代DSPs的结构：DSPs化现场可编程门阵列（FPGAs） 用户可定制DSPs 块组建DSPs 可编程整数DSPs DSP＋FPGA