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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

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.

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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

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 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

  3. 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

  4. 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

  5. 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

  6. 主流DSP列表

  7. TI公司DSPs

  8. TI公司DSPs

  9. C6000系列

  10. 高性能DSPs

  11. DSPs的特点 • 信号处理的基本运算： • 滤波、DFT、卷积 • 点积，乘加

  12. 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 ）

  13. 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）

  14. 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

  15. DSPs评估

  16. 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)

  17. 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

  18. 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

  19. 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

  20. 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

  21. 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

  22. 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

  23. 现代DSPs的结构：DSPs化现场可编程门阵列（FPGAs）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

  24. DSP处理器发展的趋势 • 结构多样化 • 集成单片化用户化 • 开发工具更完善 • 评价体系更全面更专业 • DSP处理器将集成DSP处理器核，微控制器，存储器RAM和ROM，串行口，模数转换器，数模转换器，用户定义数字电路，用户定义模拟电路等

  25. GPPs在DSP中的应用 • 通用处理器(GPPs)借用了DSPs的许多结构优点，其浮点处理速度比高档DSPs还要快 • 瞄准嵌入系统应用的高性能GPPs与DSPs进行混合，形成专用的嵌入GPPs，如Hitachi的SH-DSP，ARM的Piccolo，Siemens的TriCore • GPPs缺乏实时可预测性，优化DSP代码困难，有限的DSP工具支持，高功耗等

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