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数字信号处理器
DSPD

DSP的特点、发展趋势与应用

清华大学生物医学工程系张辉胡广书

数字化技术正在极大地改变着表1算法特点和DSP器件体系结构特点的对应关系
我们的生活和体验。作为数字化技
术的基石，数字信号处理(DSP)技术
已经、正在、并且还将在其中扮演一
个不可或缺的角色。DSP的核心是
算法与实现，越来越多的人正在认
识、熟悉和使用它。因此，理性地评
价DSP器件的优缺点，及时了解DSP
的现状以及发展趋势，正确使用
DSP芯片，才有可能真正发挥出DSP
的作用。

DSP器件与算法
DSP(数字信号处理器)作为一
种微处理器，其设计的出发点和通
用CPU以及MCU等处理器是不同
的。DSP是为完成实时数字信号处
理任务而设计的，算法的高效实现
是DSP器件的设计核心。DSP在体
系结构设计方面的很多考虑都可以
追溯到算法自身的特点。我们可以
通过考察一个FIR滤波器的I/O关
图1C62x和C64xDSP内核的数据路径图

现代数字信号处理器的特点和断降低。下面我们主要以TI公司的
系，即，来
发展趋势DSP为例来说明现代DSP芯片的一
了解这两者之间的对应关系，如表1DSP器件的发展，必须兼顾3P些特点和发展趋势。
所示。的因素，即性能(performance)、功通过并行提升DSP芯片的性能
通过表1，可看出DSP器件和算耗(powerconsumption)和价格传统的DSP芯片通过采用乘加
法之间的必然联系。这不仅是芯片(price)。总的来说，随着VLSI技术单元和改进的哈佛结构，使其运算
设计人员必须考虑的问题，也是芯的高速发展，现代DSP器件在价格能力大大超越了传统的微处理器。
片使用者必须了解的。显著下降的同时，仍然保持着性能一个合理的推论是：通过增加片上
的不断提升和单位运算量的功耗不运算单元的个数以及相应的连接这

2004.5www.eepw.com.cn35
数字信号处理器
DDSP
储器结构的系统约80％的执行效
率。但是，采用Cache机制也在一定
程度上增加了系统执行时间的不确
定性，其对于实时系统的影响需要
用户认真地加以分析和评估。
Cache对于DSP芯片还是一个
比较新的概念。DSP开发人员需要
更深入地了解Cache的机制，相应地
对算法的数据结构、处理流程以及
图2C64xDSP的两级Cache机制
程序结构等做出调整，以提高Cache
些运算单元的总线数目，就可以成手工编写汇编代码的形式实现自主的命中率，从而更有效地发挥Cache
倍地提升芯片的总体运算能力。当调度。其好处是DSP芯片的使用难的作用。
然，这个推论有两个前提条件必须度大大降低。通过使用高效的C语言SoC的趋势
满足：首先是存储器的带宽必须能编译器，普通用户也可以开发出具对于特定的终端应用，SoC(系
够满足由于总线数目增加所带来的有较高效率的DSP运行程序。统芯片)可以兼顾体积、功耗和成本
数据吞吐量的提高；另外，多个功能存储器构架的变化等诸多因素，因而逐渐成为芯片设
单元并行工作所涉及的调度算法其随着芯片主频的不断攀升，存计的主流。DSP器件也逐渐从传统
复杂度必须是可实现的。储器的访问速度日益成为系统性能的通用型处理器中分离出更多的直
1997年，TI发布了基于VLIW提升的瓶颈。在现有的制造工艺下，接面向特定应用的SoC器件。这些
(超长指令字)体系结构的C62x片上存储单元的增加将导致数据线SoC器件多采用DSP+ARM的双核
DSP内核。它在片内集成了两组完负载电容的增加，影响到数据线上结构，既可以满足核心算法的实现
全相同的功能单元，各包括一个信号的开关时间，这意味着片上高需求，又能够满足网络传输和用户
ALU(算术及逻辑单元)、一个乘法速存储单元的增加将是十分有限的。界面等需求。同时，越来越多的专用
单元、一个移位单元和一个地址产为了解决存储器速度与CPU内核速接口以及协处理器被集成到芯片中，
生单元。这8个功能单元通过各自的度不匹配的问题，高性能的CPU普用户只需添加极少的外部芯片，即
总线与两组寄存器组连接。理想情遍采用Cache(高速缓存)机制，新的可构成一个完整的应用系统。以TI
况下，这8个功能单元可以完全并DSP芯片也开始采用这种结构。以公司为例，其推出的面向第3代无线
行，从而在单周期内执行8条指令操TI的C64xDSP为例，它采用两级通信终端的OMAP1510芯片等，面
作。VLIW体系结构使得DSP芯片的Cache的结构，如图2所示。L1Cache向数码相机的DM270芯片等，面向
性能得到了大幅提升。在此基础上，分为独立的程序缓存(L1P)和数据专业音频设备的DA610芯片等，面
TI又发布了C64xDSP内核，其主要缓存(L1D)，其大小各为16KBytes