滤波器DSP处理器

　　20世纪70年代以来，从单个芯片中放置的晶体管数量来看9半导体工业经历了几何级增长。这种高密度、深亚微米制造能力的一个主要受益者是DSP。例如，德州仪器的TMS320系列DSP处理器（DSP pPS）已经从最初的定点版本（TMS320CIO）顺理成章地演变为如今的包含大量浮点和VLIW的多处理器器件。所有这些解决方案的核心是MAC操作的运用，MAC用于在实数或复数域计算乘积之和（例如，卷积、相关和变换）。基本MAC的一个变种是矢量SAXPY（Scalar=AX Plus Y）运算。SAXPY算法具有从1维到M维的配置形式，可用于线性和非线性的运算。

　　通用处理器经常采用Von Neumann结构，这种结构的特征是使用单块存储器，如图1所示。Vc）n Neumann机曾经极为流行，促成了许多重要的通用计算机革新以及获得巨大商业成功的系统。不过在早期，占主流的结构是所谓的Harvard结构，如今越来越多的DSP处理器设计者开始重新认识这种设计模式。采用Harvard结构的机器为系统的不同部分设计专门的总线（比如，存储器总线、指令总线、Lo总线等），如图1所示。

　　DSP处理器的设计者

　　们认识到，对于包含高度重复的乘－累加（MAC）运算的DSP算法，Harvard结构具有增效作用，已经发现使用支持直接存储访问的Harvard结构可以加速这类运算。最近关于Harvard结构的描述中引人了附加的指令缓冲层以及与数据存储器之间的高带宽I/O端口，如图1所示。

　　图1  可选结构

　　尽管DSP结构存在很多不同，但在区分它们时，更多的是依据它们预期要服务的市场。暂不论其中的细节，期望DSP处理器具备的特性包括以下几点：

　　①高算法性能，常常希望包含扩展精度的乘法器和运算单元。

　　②处理器硬件能攴持1~2种数据类型。

　　③有限的高速数据缓冲存储器。

　　④无硬件内存管理。

　　⑤不攴持硬件上下文管理（任务切换）。

　　⑥外露的流水线。

　　⑦可预测的指令执行时间。

　　⑧有限存储器文件，而不提供专用寄存器。

　　（§｛江正交指令集c

　　⑩增强的内存寻址模式。

　　⑩装配有快速RAM、ROM和DMA。

　　设计DSP信号处理器所基于的假设与通用处理器不同。首先，数字信号处理器的操作对象一般是数组而是标量，囚而通用RISC中的标量载人－存储结构在这里并不是必须的。基于数字信号处理器的软件开发成本也不同于通用处理器的情况。数字信号处理问题的规模从算法上看相对较小，例如与字处理器相比。在很多情况下，通过一些额外的软件工程上的努力，可以使得速度较慢但成本较低的数字信号处理器可用，这在经济上具有吸引力。对于能卖出上百万数量的产品，即便单个的制造成本只能省很少的钱，但总的投资回报仍然很可观。这个事实表现为DSP解决方案往往需要极力进行设计优化，这导致了一个结果，即基于数字信号处理器的多数严谨的编程是用汇编语言完成的，而不是高级语言（HLL）尽管使用高级语言正变得越来越流行。