讓新型SHARC處理器滿足“一高二低”的浮點(diǎn)設(shè)計(jì)需求
摘要： 浮點(diǎn)DSP比定點(diǎn)DSP的動(dòng)態(tài)范圍更大；很多算法的浮點(diǎn)代碼比定點(diǎn)占用更少的周期；浮點(diǎn)DSP可以實(shí)現(xiàn)更高的精度；浮點(diǎn)DSP的浮點(diǎn)運(yùn)算用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其處理速度大大高于定點(diǎn)DSP…...這些浮點(diǎn)DSP與定點(diǎn)DSP的比較優(yōu)勢(shì)是浮點(diǎn)算法擁躉者們?cè)凇案↑c(diǎn)定點(diǎn)之爭(zhēng)”的話題中常提及的，也為大多數(shù)嵌入式設(shè)計(jì)工程師所熟知。
Abstract：
Key words :
浮點(diǎn)DSP比定點(diǎn)DSP的動(dòng)態(tài)范圍更大；很多算法的浮點(diǎn)代碼比定點(diǎn)占用更少的周期；浮點(diǎn)DSP可以實(shí)現(xiàn)更高的精度；浮點(diǎn)DSP的浮點(diǎn)運(yùn)算用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其處理速度大大高于定點(diǎn)DSP…...這些浮點(diǎn)DSP與定點(diǎn)DSP的比較優(yōu)勢(shì)是浮點(diǎn)算法擁躉者們?cè)?ldquo;浮點(diǎn)定點(diǎn)之爭(zhēng)”的話題中常提及的，也為大多數(shù)嵌入式設(shè)計(jì)工程師所熟知。
然而，由于電路復(fù)雜性和制造工藝上的原因，浮點(diǎn)處理器與定點(diǎn)處理器相比在成本和功耗上通常具有明顯的劣勢(shì)，從而導(dǎo)致浮點(diǎn)處理器的卓越處理能力、大動(dòng)態(tài)范圍和高精度的優(yōu)勢(shì)一直以來(lái)成了雷達(dá)、專(zhuān)業(yè)音頻、醫(yī)療設(shè)備等高端產(chǎn)品的“專(zhuān)利”。近年來(lái)，浮點(diǎn)處理器在提供高性能的同時(shí)，在降低功耗和成本上有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，主要的提供商都提供了5到10美元以?xún)?nèi)的浮點(diǎn)DSP，功耗也顯著降低，浮點(diǎn)處理器正在開(kāi)啟更廣泛應(yīng)用的大門(mén)。
近日，浮點(diǎn)處理器全球領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)ADI公司推出了其第四代SHARC處理器的新系列——ADSP 2148x和ADSP 2147x，在延續(xù)第四代SHARC處理器的高性能基礎(chǔ)上，新型處理器在低成本和低功耗特性上具有不俗的表現(xiàn)，將為成本和功耗敏感的產(chǎn)品帶來(lái)利用浮點(diǎn)DSP的機(jī)遇。本文將解析新型SHARC處理器的“一高”（高性能）、“二低”（低功耗和低成本）特性，以及將給便攜式電子、消費(fèi)電子等產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來(lái)的技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新機(jī)遇。
“一高二低”的浮點(diǎn)DSP新典范
從第一款真正的SHARC處理器ADSP-21060在16年前推出以來(lái)，SHARC處理器就一直引領(lǐng)著高性能浮點(diǎn)處理器的技術(shù)標(biāo)桿。ADSP 2148x和ADSP 2147x處理器繼承了第四代SHARC處理器的優(yōu)良“基因”并實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)創(chuàng)新：具有PCG、8個(gè)串口、4個(gè)立體聲通道ASRC、UART、TWI，可為工業(yè)、儀表、消費(fèi)類(lèi)音響、汽車(chē)和專(zhuān)業(yè)音響應(yīng)用提供理想的外設(shè)特性；采用可變指令集架構(gòu)（VISA），可以通過(guò)縮減指令操作碼大小為應(yīng)用代碼釋放多達(dá)30%的存儲(chǔ)空間；最高5Mb片上RAM容量支持單芯片解決方案，允許許多應(yīng)用取消外部存儲(chǔ)器元件，而且每Mb的價(jià)格只有競(jìng)爭(zhēng)性器件的一半，從而降低系統(tǒng)BOM成本；濾波器硬件加速器允許并行執(zhí)行，能為內(nèi)核釋放出更多的MIPS；具有專(zhuān)用的硬件加速器和獨(dú)立的計(jì)算單元以及DMA控制器，實(shí)現(xiàn)了后臺(tái)執(zhí)行FFT/FIT/IIR信號(hào)處理，可減輕內(nèi)核處理負(fù)擔(dān)；等等。SHARC2148x和SHARC2147x除了具有上述共同特性外，還分別針對(duì)各自的目標(biāo)應(yīng)用進(jìn)行了若干優(yōu)化，使其更加符合特定目標(biāo)應(yīng)用的性能、成本、集成度和功耗要求。
高性能、低成本是ADSP 2148x系列處理器的主要特點(diǎn)。最高400MHz的性能比同類(lèi)32位競(jìng)爭(zhēng)DSP產(chǎn)品提高33%，芯片支持濾波器功能使其執(zhí)行濾波運(yùn)算時(shí)不耗用內(nèi)核資源，從而進(jìn)一步提高處理能力。針對(duì)工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用，SHARC2148x系列部分型號(hào)還集成了熱敏二極管以支持高環(huán)境溫度工作。對(duì)于某些需要大容量存儲(chǔ)器的應(yīng)用，集成的內(nèi)存控制器可直接連接SDRAM、閃存和SRAM。而ADSP 2148x價(jià)格低至9.49美元。
圖1：SHARC2148x和2147x處理器內(nèi)部功能框圖
低功耗是新款SHARC2147x系列處理器的最大亮點(diǎn)，在最高266MHz的性能條件下功耗僅為363mW(典型值），比同類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)處理器功耗降低達(dá)20%。SHARC 2147x系列處理器充足的片上存儲(chǔ)器和先進(jìn)的并行處理能力都有利于降低功耗，通過(guò)擴(kuò)展處理器的低功耗架構(gòu)，確保系統(tǒng)級(jí)功耗的大幅節(jié)省。這些功能使設(shè)計(jì)師能夠滿足苛刻的功率預(yù)算。
為更多應(yīng)用帶來(lái)浮點(diǎn)處理器性能
SHARC 2148x、2147x系列處理器的推出改變了工程師對(duì)浮點(diǎn)處理器一貫的“貴族”印象，千片訂量的報(bào)價(jià)分別為9.49（SHARC 21488）和9.25美元（SHARC 21478），與最接近的同類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)器件相比，其價(jià)格降低超過(guò)3美元，這對(duì)于成本敏感的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的“紅利”。
如此低的價(jià)格將讓更多的消費(fèi)者享受到高性能浮點(diǎn)處理器帶來(lái)的高保真音頻性能。當(dāng)您在對(duì)包括AVR、高清DVD、高端電視等消費(fèi)電子產(chǎn)品進(jìn)行方案選型時(shí)，不妨將SHARC處理器作為您的選項(xiàng)之一，SHARC 2148x和2147x系列處理器所具備的高處理能力讓您在系統(tǒng)資源預(yù)算上有更大的自由度，可以充分考慮像室內(nèi)均衡、音量管理、對(duì)非理想的房間聲學(xué)特性及揚(yáng)聲器響應(yīng)補(bǔ)償、逼真的環(huán)繞聲音效、動(dòng)態(tài)效果處理等以前常在專(zhuān)業(yè)音響設(shè)備中才使用的技術(shù)。
汽車(chē)輔助駕駛系統(tǒng)也將從更低價(jià)格的高性能SHARC處理器獲益。由于大部分輔助駕駛應(yīng)用需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理，需要實(shí)現(xiàn)高速并行的高級(jí)圖像控制和處理，圖像縮放、處理和識(shí)別等都需要采用先進(jìn)數(shù)字信號(hào)處理能力。SHARC2148x和2147x處理器提供的計(jì)算精度有利于提升基于雷達(dá)的駕駛輔助系統(tǒng)性能，為苛刻的安全應(yīng)用實(shí)現(xiàn)最佳的目標(biāo)分辨、多目標(biāo)跟蹤及實(shí)時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)。具備低功耗屬性并且能適應(yīng)105℃環(huán)境工作溫度，SHARC2148x和2147x處理器滿足了汽車(chē)環(huán)境需求并且具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，可幫助降低汽車(chē)輔助駕駛系統(tǒng)的打包價(jià)格，加速消費(fèi)者的接受和采用。
圖2新型SHARC處理器將鎖定這些應(yīng)用
正是因?yàn)镾HARC2147x處理器突破性的低功耗特性，ADI在新的產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)策略中將SHARC處理器的市場(chǎng)領(lǐng)域擴(kuò)展至包括便攜式醫(yī)療產(chǎn)品在內(nèi)的便攜式電子應(yīng)用中。小型化、便攜需求已經(jīng)成為醫(yī)療設(shè)備的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，SHARC2147x處理器的推出正是順應(yīng)了這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，低至363mW的典型功耗足以滿足便攜設(shè)備的低功耗需求。目前SHARC2147x已經(jīng)成功應(yīng)用在便攜血氧分析儀等便攜式產(chǎn)品中。
低成本、低功耗的新型SHARC處理器的推出也必將惠及工業(yè)及儀表應(yīng)用。高精度電機(jī)控制、大動(dòng)態(tài)范圍的頻譜分析儀等工業(yè)應(yīng)用一直以來(lái)是DSP處理器擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，過(guò)去高性能浮點(diǎn)DSP的成本因素讓很多此類(lèi)應(yīng)用轉(zhuǎn)向定點(diǎn)DSP或其他替代方案，而SHARC處理器的低成本將為這些應(yīng)用利用浮點(diǎn)處理器帶來(lái)的高性能、高精度和大動(dòng)態(tài)范圍的契機(jī)。
良好開(kāi)發(fā)環(huán)境讓?xiě)?yīng)用更輕松
對(duì)熟悉定點(diǎn)算法的工程師來(lái)說(shuō)，利用浮點(diǎn)DSP進(jìn)行開(kāi)發(fā)是否帶來(lái)更大的挑戰(zhàn)？事實(shí)上，在最初使用匯編語(yǔ)言編程的年代，浮點(diǎn)處理器的代碼實(shí)現(xiàn)就比定點(diǎn)更容易，而在同樣使用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)應(yīng)用的高性能、高精度、大動(dòng)態(tài)范圍的時(shí)候，浮點(diǎn)處理器可以讓您的設(shè)計(jì)更輕松。而且浮點(diǎn)DSP提供商提供的便利開(kāi)發(fā)環(huán)境和各種庫(kù)資源還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化應(yīng)用開(kāi)發(fā)。
VisualDSP++是全球嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工程師所熟悉并廣受歡迎的集成軟件開(kāi)發(fā)與調(diào)試環(huán)境，是ADI公司針對(duì)旗下Blackfin處理器和SHARC處理器開(kāi)發(fā)的，具有豐富開(kāi)發(fā)便利特性，可以極大方便用戶(hù)基于SHARC處理器的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)：完全集成的用戶(hù)界面包括項(xiàng)目管理、調(diào)試、建模與繪圖；具有C/C++編譯器、匯編器（支持C語(yǔ)言數(shù)據(jù)類(lèi)型）、專(zhuān)家鏈接器、加載器，支持各種設(shè)計(jì)和調(diào)試目標(biāo)；自動(dòng)API與自動(dòng)腳本感知引擎；VisualDSP++內(nèi)核（VDK），具有多處理器通信能力；針對(duì)SHARC的多項(xiàng)目管理；等等。
ADI公司還針對(duì)音頻應(yīng)用開(kāi)發(fā)了VisualDSP++集成開(kāi)發(fā)與調(diào)試環(huán)境的插件——VisualAudio。VisualAudio為工程師提供了圖形化的音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以簡(jiǎn)化基于SHARC的音頻系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程，縮短面市時(shí)間、減小開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、降低開(kāi)發(fā)成本。VisualAudio包含一個(gè)基于PC的圖形用戶(hù)界面以及大量的SHARC處理器音頻專(zhuān)門(mén)技術(shù)，使得即使沒(méi)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的工程師也可以利用一套基本的音頻庫(kù)和工具來(lái)迅速啟動(dòng)其項(xiàng)目，并使開(kāi)發(fā)過(guò)程模塊化、縮短學(xué)習(xí)時(shí)間。VisualAudio可與ADI公司的軟件開(kāi)發(fā)和診斷環(huán)境VisualDSP++協(xié)同工作。
ADI公司針對(duì)SHARC處理器的各種應(yīng)用建立了由第三方開(kāi)發(fā)商組成的廣泛技術(shù)支持網(wǎng)絡(luò)，可以為應(yīng)用開(kāi)發(fā)企業(yè)提供額外的軟件模塊和系統(tǒng)集成支持，這些第三方支持包括針對(duì)消費(fèi)類(lèi)、汽車(chē)和專(zhuān)業(yè)音響、軍事、通信和儀器提供各種庫(kù)資源、開(kāi)發(fā)環(huán)境等。
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