現(xiàn)代DSP芯片功能的擴(kuò)展概述

數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)做某些模擬工作比模擬電路要出色，因此得以生存。在某些情況下，由于成本或復(fù)雜性的原因，任務(wù)甚至不能考慮用模擬電路，DSP仍然是一種可行的選擇，在很多情況下可以輕松地完成那些任務(wù)。

這是因?yàn)镈SP進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算既好又快，如加法和乘法。聰明的數(shù)學(xué)家和工程師利用了這一實(shí)際，通過創(chuàng)造算法來解決主要采用兩種數(shù)學(xué)運(yùn)算的復(fù)雜的信號(hào)處理任務(wù)。

如今的DSP芯片不僅僅只是一個(gè)優(yōu)秀的處理引擎。芯片上還集成了存儲(chǔ)子系統(tǒng)、高速接口、I/O等等。增加這些部件的目的是為了提高整體性能，降低功耗以及針對(duì)特殊的處理任務(wù)。

為了更好地理解各種DSP芯片的可用選項(xiàng)以及器件各部分是如何配合作為一個(gè)整體，分析當(dāng)今市場(chǎng)上幾種有代表性的DSP是有幫助的。我們將仔細(xì)研究單核、單核加微控制器以及多核DSP芯片的例子。

單核DSP芯片

認(rèn)為DSP芯片有一個(gè)單DSP核是很自然的，例如，TI的TMS320C6452(圖1)。此芯片是高性能固點(diǎn)DSP的TMS320C64x+家族的一員，針對(duì)工藝密集的多通道電信基礎(chǔ)設(shè)施和醫(yī)用成像系統(tǒng)。DSP核只不過是芯片設(shè)計(jì)的一部分，芯片的其余部分還包括存儲(chǔ)器、I/O以及其他功能模塊。

C6452 DSP集成了組織為兩級(jí)存儲(chǔ)子系統(tǒng)的片上存儲(chǔ)器。一級(jí)(L1)程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器每個(gè)都是32k字節(jié)。此存儲(chǔ)器可配置為映射RAM、高速緩存，或者兩者的某種組合。

當(dāng)配置為高速緩存時(shí)，L1程序(L1P)是一個(gè)直接映射高速緩存，而L1數(shù)據(jù)(L1D)是一個(gè)雙向指令集結(jié)合高速緩存。二級(jí)(L2)存儲(chǔ)在程序與數(shù)據(jù)空間之間共享。L2存儲(chǔ)也能配置為映射RAM、高速緩存或者兩者的某種組合。設(shè)計(jì)師可使用片上存儲(chǔ)器為其項(xiàng)目增加特色。

C6452還包括兩個(gè)串行吉比特媒體獨(dú)立接口(SGMII)以太媒體接入控制(MAC)口和一個(gè)吉比特開關(guān)。此開關(guān)通過自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)流以確保只有一個(gè)合適的TI將決策門加到所能的開關(guān)上，例如，用來辨別語音和數(shù)據(jù)通信，以提高多芯片設(shè)計(jì)的效率。如果DSP全部用于語音處理，就會(huì)阻止數(shù)據(jù)流進(jìn)入，這樣可更有效地使用其處理帶寬。此外，器件具有兩個(gè)電信串行接口端(TSIP)，可無縫連接至常見電信串行數(shù)據(jù)流。

C6452上的其他I/O有一個(gè)66MHz PCI接口或通用主機(jī)端接口(UHPI)；一個(gè)到外部存儲(chǔ)器的雙數(shù)據(jù)率(DDR2)接口；TI開發(fā)的專利串行通信接口VLYNQ；一個(gè)16位外部存儲(chǔ)器接口(EMIFA)；一個(gè)多通道通用音頻串行口(McASP)；以及其他熟悉的接口。從此DSP的I/O判斷，可以肯定它是用于電信應(yīng)用。其他應(yīng)用用的是不同的I/O。

C6452和TI其他幾款DSP的核心是C64x mega模塊，其組成包括幾個(gè)元件：C64x+處理器、L1程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)控制器、L2存儲(chǔ)控制器、內(nèi)部DMA(IDMA)、中斷控制器、掉電控制器以及外部存儲(chǔ)控制器(圖2)。Mega模塊還支持對(duì)L1P、L1D和L2存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)保護(hù)。此外還提供mega模塊資源的帶寬管理。

模塊上的C64x+處理器是一非常快速的DSP，工作速率可達(dá)1.2GHz。它采用8個(gè)功能模塊、兩個(gè)寄存器文件以及兩個(gè)數(shù)據(jù)路徑。在這八個(gè)功能單元中，有兩個(gè)是乘法器或者M(jìn)單元。每個(gè)M單元在每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行四次16位×16位乘法-累加(MAC)。