DSP(Digital Signal Processing)芯片，即數(shù)字信號(hào)處理" title="數(shù)字信號(hào)處理">數(shù)字信號(hào)處理器，是專門為快速實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法而設(shè)計(jì)的、具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，其處理速度已高達(dá)2000MIPS，比最快的CPU還快10-50倍。目前，在微電子技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，DSP芯片的發(fā)展日新月異，DSP的功能日益強(qiáng)大，性能價(jià)格比不斷上升，開發(fā)手段不斷改進(jìn)。
在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背景下，DSP已成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品" title="消費(fèi)類電子產(chǎn)品">消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件，被譽(yù)為信息社會(huì)革命的旗手。同時(shí)DSP已成為集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。在國(guó)外，DSP芯片已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于當(dāng)今技術(shù)革命的各個(gè)領(lǐng)域；在我國(guó)" title="我國(guó)">我國(guó)，DSP技術(shù)也正以極快的速度被應(yīng)用在通信、電子系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)、自動(dòng)控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療、家用電器、電力系統(tǒng)等許多領(lǐng)域中，而且新的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地被發(fā)掘。因此基于DSP技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用正成為數(shù)字時(shí)代的應(yīng)用技術(shù)潮流。
DSP的解釋可從兩方面來著手:
1. 數(shù)字訊號(hào)處理(Digital Signal Processing) 訊號(hào)(Signal)的分析或更改(Processing)是經(jīng)由一順序分開以代表此訊號(hào)的數(shù)字化(Digital)格式之訊號(hào)。通常此類的處理過程需要大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算。
2. 數(shù)字訊號(hào)處理器(Digital Signal Processor) 亦即針對(duì)數(shù)字訊號(hào)處理(Digital Signal Processing)發(fā)展出的處理器。這一類芯片的特點(diǎn)，是經(jīng)由硬件的設(shè)計(jì)，使一般數(shù)字訊號(hào)處理的運(yùn)算速度加快，以及提升程序化的方便程度。他與一般計(jì)算機(jī) CPU最大的差異，在于DSP對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算較擅長(zhǎng)(注: 我們可以DSPs - Digital Signal Processors來區(qū)別DSP - Digital Signal Processing)。
DSP技術(shù)的特點(diǎn)
數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。DSP器件就是為了滿足數(shù)字信號(hào)處理而制造的一類專用微處理器，一般具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1、 在單指令周期" title="指令周期">指令周期類完成乘加運(yùn)算。
2、 高速的運(yùn)算能力。
3、 一般采用哈佛結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)。
4、 芯片具有滿足數(shù)字信號(hào)算法特殊要求的功能，如為了支持Viterbi蝶形算法而設(shè)計(jì)的比特反轉(zhuǎn)尋址。
5、 數(shù)據(jù)交換能力高。
6、 支持并行處理指令。
7、 哈佛結(jié)構(gòu)，程序空間和數(shù)據(jù)空間分開，可同時(shí)取指令和操作數(shù)。
8、 流水線結(jié)構(gòu)，能保證數(shù)字信號(hào)處理中用的最多的乘法累加運(yùn)算可以在單個(gè)指令周期內(nèi)完成。
9、 多處理單元，一些特殊算法可在芯片內(nèi)部用硬件實(shí)現(xiàn)以提高運(yùn)行速度。如FFT的位碼倒置尋址和取模運(yùn)算。特別適用于FIR和IIR濾波器。
10、 指令周期短。C54X 100MIPS（十億條指令每秒） C6X 2400MIPS。
11、 運(yùn)算精度高：40位。
12、 硬件配置強(qiáng)，具有多通道高速緩沖串口MCBSP、并行主機(jī)接口HPI、DMA控制器、軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)PLL時(shí)鐘發(fā)生器、以及實(shí)現(xiàn)在線仿真的測(cè)試口。
國(guó)際知名 DSP 廠家
世界上第一個(gè)單片 DSP 芯片應(yīng)當(dāng)是1978年 AMI公司發(fā)布的 S2811，1979年美國(guó)Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSP芯片的一個(gè)主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代DSP芯片所必須有的單周期乘法器。1980 年，日本 NEC 公司推出的μP D7720是第一個(gè)具有乘法器的商用 DSP 芯片。
在這之后，最成功的DSP 芯片當(dāng)數(shù)美國(guó)德州儀器公司（TI）的一系列產(chǎn)品。TI 公司在1982年成功推出其第一代 DSP 芯片 TMS32010及其系列產(chǎn)品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17等，之后相繼推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS320C40/C44，第五代 DSP 芯片TMS320C5X/C54X，第二代DSP芯片的改進(jìn)型TMS320C2XX，集多片DSP芯片于一體的高性能DSP芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等。TI將常用的DSP芯片歸納為三大系列，即：TMS320C2000系列（包括TMS320C2X/C2XX）、TMS320C5000系列（包括TMS320C5X/C54X/C55X）、TMS320C6000系列（TMS320C62X/C67X）。如今，TI公司的一系列DSP產(chǎn)品已經(jīng)成為當(dāng)今世界上最有影響的DSP芯片。TI公司也成為世界上最大的 DSP 芯片供應(yīng)商，其DSP市場(chǎng)份額占全世界份額近 50％。同時(shí)在工控等高端應(yīng)用市場(chǎng)，F(xiàn)reescale和ADI公司的DSP也大放光芒。
DSP中國(guó)市場(chǎng)現(xiàn)狀
我國(guó)DSP市場(chǎng)規(guī)模迅速擴(kuò)大，主要得益于我國(guó)移動(dòng)電話市場(chǎng)、數(shù)字消費(fèi)市場(chǎng)以及自動(dòng)控制市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)。
1、 三大領(lǐng)域帶動(dòng)DSP持續(xù)增長(zhǎng)
在我國(guó)市場(chǎng)上，移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)等DSP產(chǎn)品的主要應(yīng)用領(lǐng)域走勢(shì)良好，需求旺盛，推動(dòng)著DSP市場(chǎng)持續(xù)增長(zhǎng)。在無線領(lǐng)域，我國(guó)手機(jī)用戶繼續(xù)大規(guī)模增加，手機(jī)需求的大幅增加帶動(dòng)了我國(guó)DSP市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)。在數(shù)字消費(fèi)領(lǐng)域，我國(guó)新興的數(shù)字消費(fèi)類電子產(chǎn)品進(jìn)入增長(zhǎng)活躍期，市場(chǎng)呈現(xiàn)高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，用戶認(rèn)知率和普及率大幅提高，數(shù)碼消費(fèi)市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)推動(dòng)了DSP市場(chǎng)的發(fā)展。此外，計(jì)算機(jī)、通信和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的數(shù)字化融合也為DSP提供了進(jìn)一步的發(fā)展機(jī)會(huì)。
目前，在VoIP、DSL、Cable Modem、3G、數(shù)字相機(jī)和馬達(dá)控制等需要實(shí)時(shí)處理大量數(shù)字信息的應(yīng)用中，都可見到DSP的身影，DSP無疑已經(jīng)成為推動(dòng)數(shù)字化進(jìn)程的動(dòng)力。
2、 新應(yīng)用層出不窮?
DSP應(yīng)用的快速發(fā)展為數(shù)字信息產(chǎn)品帶來廣闊的發(fā)展空間，并將支持通信、計(jì)算機(jī)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的數(shù)字化融合。在無線領(lǐng)域，DSP遍及無線交換設(shè)備、基站、手持終端和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，并涵蓋從骨干基礎(chǔ)設(shè)施到寬帶入戶的設(shè)備，包括VoIP網(wǎng)關(guān)和IP電話、DSL和Cable Modem等。面向群體應(yīng)用，DSP在媒體網(wǎng)關(guān)、視頻監(jiān)控、專業(yè)音響、數(shù)字廣播、激光打印等應(yīng)用中表現(xiàn)出色；面向個(gè)人應(yīng)用，DSP在便攜式數(shù)字音頻和影像播放器、指紋識(shí)別和語音識(shí)別等應(yīng)用中表現(xiàn)不俗；針對(duì)嵌入式數(shù)字控制應(yīng)用，DSP極大地滿足了工業(yè)界的需求，如數(shù)字變頻電力電源設(shè)備、工業(yè)縫紉機(jī)等；DSP也極大地滿足了消費(fèi)電子的需求，如空調(diào)、冰箱、洗衣機(jī)等。
著DSP生產(chǎn)技術(shù)和工藝的進(jìn)步，新型的DSP產(chǎn)品將會(huì)不斷涌現(xiàn)，并得到廣泛應(yīng)用。
DSP選型的策略
DSP器件按設(shè)計(jì)要求可以分為兩類。
第一類，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，但易于開發(fā)的要求仍然是次要的因素，因?yàn)榕可a(chǎn)可以分?jǐn)傞_發(fā)成本，從而降低單位產(chǎn)品的開發(fā)成本。
另外一類是需要用復(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" title="設(shè)計(jì)工程師">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)成的開發(fā)板來開發(fā)系統(tǒng)而不是從零開始硬件和軟件設(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)：
1、 算法格式
2、 數(shù)據(jù)寬度
3、 DSP的速度
4、 存儲(chǔ)器管理
5、 開發(fā)的簡(jiǎn)便性
6、 支持多處理器
7、 電源管理和功耗
8、 成本因素
結(jié)論
DSP處理器存在兩種發(fā)展趨勢(shì)：一是DSP應(yīng)用越來越多，如手機(jī)和便攜式音頻播放器等。DSP將集成更多功能，如A/D轉(zhuǎn)換、LCD控制器等，系統(tǒng)成本和器件數(shù)將會(huì)大為降低。另一個(gè)趨勢(shì)是將DSP作為IP出售，如億恒科技公司的Camel和TriCore內(nèi)核。隨著EDA工具的不斷成熟，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師將更容易地修改DSP內(nèi)核，加入用戶專用外圍電路以實(shí)現(xiàn)更專業(yè)化、更低成本的DSP解決方案。
附注：
1、 國(guó)際知名的DSP廠家：TI、ADI、Freescale
2、 TI公司產(chǎn)品系列有TMS320C2000/C3000/C5000/C6000系列
3、 ADI公司產(chǎn)品系列有ADSP-21XX系列