DSP公司各主流芯片比較

1、DSP芯片介紹及其選型引言 DSP芯片也稱數字信號處理器，是一種特別適合于進行數字信號處理運算的微處理器具，其主機應用是實時快速地實現各種數字信號處理算法。根據數字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點： （1）在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法； （2）程序和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據； （3）片內具有快速RAM，通常可通過獨立的數據總線在兩塊中同時訪問； （4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉的硬件支持； （5）快速的中斷處理和硬件I/O支持； （6）具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器； （7） 可以并行執(zhí)行多個操作； （8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作

2、可以重疊執(zhí)行。 在我們設計DSP應用系統(tǒng)時， DSP芯片選型是非常重要的一個環(huán)節(jié)。在DSP系統(tǒng)硬件設計中只有選定了DSP芯片，才能進一步設計其外圍電路及系統(tǒng)的其他電路。因此說，DSP芯片的選擇應根據應用系統(tǒng)的實際需要而確定，做到既能滿足使用要求，又不浪費資源，從而也達到成本最小化的目的。 DSP實時系統(tǒng)設計和開發(fā)流程如圖1所示。 主要DSP芯片廠商及其產品 德州儀器公司 眾所周知，美國德州儀器（Texas Instruments，TI）是世界上最知名的DSP芯片生產廠商，其產品應用也最廣泛，TI公司生產的TMS320系列DSP芯片廣泛應用于各個領域。TI公司在1982年成功推出了其第一代DSP

3、芯片TMS32010，這是DSP應用歷史上的一個里程碑，從此，DSP芯片開始得到真正的廣泛應用。由于TMS320系列DSP芯片具有價格低廉、簡單易用、功能強大等特點，所以逐漸成為目前最有影響、最為成功的DSP系列處理器。 目前，TI公司在市場上主要有三大系列產品： （1）面向數字控制、運動控制的TMS320C2000系列，主要包括TMS320C24x/F24x、TMS320LC240x/LF240x、TMS320C24xA/LF240xA、TMS320C28xx等。 （2）面向低功耗、手持設備、無線終端應用的TMS320C5000系列，主要包括TMS320C54x、TMS320C54xx、TM

4、S320C55x等。 （3）面向高性能、多功能、復雜應用領域的TMS320C6000系列，主要包括TMS320C62xx、TMS320C64xx、TMS320C67xx等。 美國模擬器件公司 ADI公司在DSP芯片市場上也占有一定的份額，相繼推出了一系列具有自己特點的DSP芯片，其定點DSP芯片有ADSP2101/2103/2105、ADSP2111/2115、ADSP2126/2162/2164、ADSP2127/2181 、ADSP-BF532以及Blackfin系列，浮點DSP芯片有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062，以及虎鯊TS101，TS201S。 Mot

5、orola公司 Motorola 公司推出的DSP芯片比較晚。 1986年該公司推出了定點DSP 處理器MC56001；1990年，又 推出了與IEEE浮點格式兼容的的浮點DSP芯片MC96002。 還有DSP53611、16位DSP56800、24位的DSP563XX和MSC8101等產品。 杰爾公司 杰爾公司的SC1000和SC2000兩大系列的嵌入式DSP內核，主要面向電信基礎設施、移動通信、多媒體服務器及其它新興應用。 DSP芯片的選型參數 根據應用場合和設計目標的不同，選擇DSP芯片的側重點也各不相同，其主要參數包括以下幾個方面： （1）運算速度：首先我們要確定數字信號處理的算法，算

6、法確定以后其運算量和完成時間也就大體確定了，根據運算量及其時間要求就可以估算DSP芯片運算速度的下限。在選擇DSP芯片時，各個芯片運算速度的衡量標準主要有： MIPS(Millions of Instructions Per Second)，百萬條指令/秒，一般DSP為20100MIPS，使用超長指令字的TMS320B2XX為2400MIPS。必須指出的是這是定點DSP芯片運算速度的衡量指標，應注意的是，廠家提供的該指標一般是指峰值指標，因此，系統(tǒng)設計時應留有一定的裕量。 MOPS(Millions of Operations Per Second)，每秒執(zhí)行百萬操作。這個指標的問題是什么是一

7、次操作，通常操作包括CPU操作外，還包括地址計算、DMA訪問數據傳輸、I/O操作等。一般說MOPS越高意味著乘積-累加和運算速度越快。MOPS可以對DSP芯片的性能進行綜合描述。 MFLOPS（Million Floating Point Operations Per Second），百萬次浮點操作/秒，這是衡量浮點DSP芯片的重要指標。例如TMS320C31在主頻為40MHz時，處理能力為40MFLOPS，TMS320C6701在指令周期為6ns時，單精度運算可達1GFLOPS。浮點操作包括浮點乘法、加法、減法、存儲等操作。應注意的是，廠家提供的該指標一般是指峰值指標，因此，系統(tǒng)設計時應注意

8、留有一定的裕量。 MBPS(Million Bit Per Second)，它是對總線和I/O口數據吞吐率的度量，也就是某個總線或I/O的帶寬。例如對TMS320C6XXX、200MHz時鐘、32bit總線時，總線數據吞吐率則為800Mbyte/s或6400MBPS。 ACS（Multiply-Accumulates Per Second），例如TMS320C6XXX乘加速度達300MMACS600MMACS。 指令周期，即執(zhí)行一條指令所需的時間，通常以ns（納秒）為單位，如TMS320LC549-80在主頻為80MHz是的指令周期為12.5ns。 MAC時間，執(zhí)行一次乘法和加法運算所花費的時

9、間：大多數DSP芯片可以在一個指令周期內完成一次MAC運算。 FFT/FIR執(zhí)行時間，運行一個N點FFT或N點FIR程序的運算時間。由于FFT運算/FIR運算是數字信號處理的一個典型算法，因此，該指標可以作為衡量芯片性能的綜合指標。 表1是基于上述某些參數對一些DSP芯片所作的比較。 （2）運算精度： 一般情況下，浮點DSP芯片的運算精度要高于定點DSP芯片的運算精度，但是功耗和價格也隨之上升。一般定點DSP芯片的字長為16位、24位或者32位，浮點芯片的字長為32位。累加器一般都為32位或40位。 定點DSP的特點是主頻高、速度快、成本低、功耗小，主要用于計算復雜度不高的控制、通信、語音/圖

10、像、消費電子產品等領域。通?？梢杂枚c器件解決的問題，盡量用定點器件，因為它經濟、速度快、成本低，功耗小。但是在編程時要關注信號的動態(tài)范圍，在代碼中增加限制信號動態(tài)范圍的定標運算，雖然我們可以通過改進算法來提高運算精度，但是這樣做會相應增加程序的復雜度和運算量。浮點DSP的速度一般比定點DSP處理速度低，其成本和功耗都比定點DSP高，但是由于其采用了浮點數據格式，因而處理精度，動態(tài)范圍都遠高于定點DSP，適合于運算復雜度高，精度要求高的應用場合；即使是一般的應用，在對浮點DSP進行編程時，不必考慮數據溢出和精度不夠的問題，因而編程要比定點DSP方便、容易。因此說，運算精度要求是一個折衷的問題，

11、需要根據經驗等來確定一個最佳的結合點。 （3）字長的選擇：一般浮點DSP芯片都用32位的數據字，大多數定點DSP芯片是16位數據字。而Motorola公司定點芯片用24位數據字，以便在定點和浮點精度之間取得折衷。字長大小是影響成本的重要因素，它影響芯片的大小、引腳數以及存儲器的大小，設計時在滿足性能指標的條件下，盡可能選用最小的數據字。 (4)存儲器等片內硬件資源安排：包括存儲器的大小，片內存儲器的數量，總線尋址空間等。片內存儲器的大小決定了芯片運行速度和成本，例如TI公司同一系列的DSP芯片，不同種類芯片存儲器的配置等硬件資源各不相同。通過對算法程序和應用目標的仔細分析可以大體判定對DSP芯

12、片片內資源的要求。幾個重要的考慮因素是片內RAM和ROM的數量、可否外擴存儲器、總線接口/中斷/串行口等是否夠用、是否具有A/D轉換等。 （5）開發(fā)調試工具：完善、方便的的開發(fā)工具和相關支持軟件是開發(fā)大型、復雜DSP系統(tǒng)的必備條件，對縮短產品的開發(fā)周期有很重要的作用。開發(fā)工具包括軟件和硬件兩部分。軟件開發(fā)工具主要包括：C編譯器、匯編器、鏈接器、程序庫、軟件仿真器等，在確定DSP算法后，編寫的程序代碼通過軟件仿真器進行仿真運行，來確定必要的性能指標。硬件開發(fā)工具包括在線硬件仿真器和系統(tǒng)開發(fā)板。在線硬件仿真器通常是JTAG周邊掃描接口板，可以對設計的硬件進行在線調試；在硬件系統(tǒng)完成之前，不同功能的

13、開發(fā)板上實時運行設計的DSP軟件，可以提高開發(fā)效率。甚至在有的數量小的產品中，直接將開發(fā)板當作最終產品。 （6）功耗與電源管理：一般來說個人數字產品、便攜設備和戶外設備等對功耗有特殊要求，因此這也是一個該考慮的問題。它通常包括供電電壓的選擇和電源的管理功能。供電電壓一般取得比較低，實施芯片的低電壓供電，通常有3.3V、2.5V，1.8V，0.9V等，在同樣的時鐘頻率下，它們的功耗將遠遠低于5V供電電壓的芯片。加強了對電源的管理后，通常用休眠、等待模式等方式節(jié)省功率消耗。例如TI公司提供了詳細的、功能隨指令類型和處理器配置而改變的應用說明。 （7）價格及廠家的售后服務因素：價格包括DSP芯片的價

14、格和開發(fā)工具的價格。如果采用昂貴的DSP芯片，即使性能再高，其應用范圍也肯定受到一定的限制。但低價位的芯片必然是功能較少、片內存儲器少、性能上差一些的，這就帶給編程一定的困難。因此，要根據實際系統(tǒng)的應用情況，確定一個價格適中的DSP芯片。還要充分考慮廠家提供的的售后服務等因素，良好的售后技術支持也是開發(fā)過程中重要資源。 （8）其他因素：包括DSP芯片的封裝形式、環(huán)境要求、供貨周期、生命周期等。 DSP應用選型舉例 面向數字控制、運動控制的DSP 系統(tǒng)開發(fā)的DSP芯片選型 面向數字控制、運動控制主要有磁盤驅動控制、引擎控制、激光打印機控制、噴繪機控制、馬達控制、電力系統(tǒng)控制、機器人控制、高精度伺

15、服系統(tǒng)控制、數控機床等。當然這些主要是針對數字運動控制系統(tǒng)設計的應用，在這些系統(tǒng)的控制中，不僅要求有專門用于數字控制系統(tǒng)的外設電路，而且要求芯片具有數字信號處理器的一般特征。 例如在控制直流無刷電動機的DSP控制系統(tǒng)中，直流無刷電機運行過程要進行兩種控制，一種是轉速控制，也即控制提供給定子線圈的電流；另一種是換相控制，在轉子到達指定位置改變定子導通相，實現定子磁場改變，這種控制實際上實現了物理電刷的機制。因此這種電機需要有位置反饋機制，比如霍爾元件、光電碼盤，或者利用梯形反電動勢特點進行反電動勢過零檢測等。電機速度控制也是根據位置反饋信號，計算出轉子速度，再利用PI或PID等控制方法，實時調整

16、PWM占空比等來實現定子電流調節(jié)。因此，控制芯片要進行較多的計算過程。當然也有專門的直流無刷電機控制芯片；但一般來說，在大多數應用中，除了電機控制，總還需要做一些其他的控制和通信等事情，所以，選用帶PWM，同時又有較強數學運算功能的芯片也是一種很好的選擇。 Motorola的數字信號處理器DSP568xx系列整合了通用數字信號處理器快速運算功能和單片機外圍豐富的特點，使得該系列特別適合于那些要求有較強的數據處理能力，同時又要有較多控制功能的應用中，對直流無刷電機的控制就是這一系列DSP的典型應用之一。 除此之外，數字運動控領域還有TI公司的TMS320C24x系列，TMS320Lx240xx系

17、列，特別是TMS320LF2407A在控制方面得到了非常廣泛的應用，TMS320LF2407A作為一款專門面向數字控制系統(tǒng)進行優(yōu)化的通用可編程微處理器，不僅具有低功耗和代碼保密的特點，而且它集成了極強的數字信號處理能力，又集成了數字控制系統(tǒng)所必需的輸入、輸出、A/D轉換、事件捕捉等外設，其時鐘頻率為40MHz，指令周期小于50ns，采用改進的哈佛結構和流水線技術，在一個指令周期內可以執(zhí)行幾條指令。 從運行速度，精度角度來講上述兩款芯片相差無幾，但是TMS320LF2407A的調試開發(fā)環(huán)境（CCS）更加成熟，可參考的資料也更豐富，這樣無疑會減少開發(fā)周期。 面向低功耗、手持設備、無線終 端應用的D

18、SP芯片選型 C54X、C54XX、C55X 相比其它系列的主要特點是低功耗，所以最適合個人與便攜式上網以及無線通信應用，如手機、PDA、GPS等應用。處理速度在80400MIPS之間。C54XX和C55XX 一般只具有McBSP同步串口、HPI并行接口、定時器、DMA等外設。值得注意的是C55XX提供了EMIF外部存儲器擴展接口，可以直接使用SDRAM，而C54XX則不能直接使用。 未來DSP發(fā)展趨勢 在相當長的時期內，無線應用仍將是可編程DSP市場的驅動引擎。DSP技術仍將是能夠訪問窄帶、寬帶或是無線互聯網的主要手段，它還是新興的分組(IP)電話市場的關鍵技術，DSP仍將是整個半導體工業(yè)的

19、技術驅動力。 在產品應用上，目前重要的DSP應用產品，如移動電話、調制解調器、HDD等個人計算機與通訊領域應用產品。但種種跡象表明，數字革命促進了高性能DSP的廣泛應用，如數碼相機、VoIP電話和手持電子設備等。中國在消費電子產品上的發(fā)展更為引人注目，許多消費類電子產品需要更低成本、更易使用的DSP產品，如音響設備、DVR、機頂盒等。整體來看，DSP應用在通訊領域、數字影音的產品將越來越普及。 ADIBlackfin （200MHz1200MHz）DSP 16/32位系列包含一個高性能雙MAC（乘法累加器）DSP體系結構，與一個RISC技術微處理器結合。帶有高級語言編譯器，可允許C、C+語言編

20、寫信號處理和控制代碼。運行速度從300MHz，600MMAC-1GHz，2000MMAC，工作電壓為1V左右。動態(tài)電源管理，允許不斷調節(jié)處理器工作電壓和頻率以降低實時應用時候的功耗，延長電池使用時間。采用分層結構的內存，縮短了內核對內存的訪問時間。功能：可用做視頻圖像處理器和視頻處理子系統(tǒng)。支持多媒體視頻功能。用作廉價網絡產品。（更適合有一定要求的工業(yè)級產品中，供貨周期較長，價格高，支持相對較少）TI Davinci（216MHz900MHz）系列采用C54+內核的DM643x和DM64x系列。DM643x工作在400500MHz主要適用低成本視頻應用。DM64x系列，工作在900MHz頻率，

21、主要用于多通道安全監(jiān)控。DM644x系列則采用ARM9和DSP內核的SoC，適合應用于車載娛樂、機頂盒（STB）等；主要特點：采用內核提供的，具有兩個項轉換旁路緩存器（）用于指令與數據流，提供獨立的字節(jié)指令和字節(jié)數據，指令和數據都是通過四路連接。有一個字節(jié)的寫緩沖器。采用通道控制器，支持、/以太網、/SD/CF/接口等。系統(tǒng)升級成本低。54xx/55xx系列中低檔產品性能TI有國內完善的開發(fā)商支持，開發(fā)成本相對較低一點。若僅僅用于一般產品，TI的DSP更廉價。（1） TMS320C2000系列。用作控制的DSP，1。C20x16位定點DSP，速度為20MIPS，主要用途是電話、數字相機、售貨機等。其中C20x系列的DSP片內的RAM一般都比較少。2C24x16位定點DSP，速度為20MIPS，用作數字馬達控制、工業(yè)自動化、電力轉換系統(tǒng)、空調等。在降低成本的同時，實現更加小型化、更具智能性和更加完善的產品設計。（2）TMS320C5000系列是一種低功耗高性能DSP，16位定點，速度為40MIPS200MIPS。主要用途是有錢和無限通信、IP、便攜式信息系統(tǒng)、尋呼機、助聽器等。價格為5美元75美元。C5402速度為100MIPS，RAM為16kX16bit，ROM為4kX16bit。C54