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          DSP與普通MCU的區(qū)別

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          作者: 時間:2007-10-24 來源:嵌入式在線論壇 收藏
          考慮一個數(shù)字信號處理的實例,比如有限沖擊響應(yīng)濾波器(FIR)。用數(shù)學(xué)語言來說,F(xiàn)IR濾波器是做一系列的點積。取一個輸入量和一個序數(shù)向量,在系數(shù)和輸入樣本的滑動窗口間作乘法,然后將所有的乘積加起來,形成一個輸出樣本。

          類似的運算在數(shù)字信號處理過程中大量地重復(fù)發(fā)生,使得為此設(shè)計的器件必須提供專門的支持,促成了了器件與通用處理器(GPP)的分流:

          1 對密集的乘法運算的支持

          GPP不是設(shè)計來做密集乘法任務(wù)的,即使是一些現(xiàn)代的GPP,也要求多個指令周期來做一次乘法。而處理器使用專門的硬件來實現(xiàn)單周期乘法。處理器還增加了累加器寄存器來處理多個乘積的和。累加器寄存器通常比其他寄存器寬,增加稱為結(jié)果bits的額外bits來避免溢出。同時,為了充分體現(xiàn)專門的乘法-累加硬件的好處,幾乎所有的DSP的指令集都包含有顯式的MAC指令。

          2 存儲器結(jié)構(gòu)

          傳統(tǒng)上,GPP使用馮.諾依曼存儲器結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中,只有一個存儲器空間通過一組總線(一個地址總線和一個數(shù)據(jù)總線)連接到處理器核。通常,做一次乘法會發(fā)生4次存儲器訪問,用掉至少四個指令周期。

          大多數(shù)DSP采用了哈佛結(jié)構(gòu),將存儲器空間劃分成兩個,分別存儲程序和數(shù)據(jù)。它們有兩組總線連接到處理器核,允許同時對它們進行訪問。這種安排將處理器存貯器的帶寬加倍,更重要的是同時為處理器核提供數(shù)據(jù)與指令。在這種布局下,DSP得以實現(xiàn)單周期的MAC指令。

          還有一個問題,即現(xiàn)在典型的高性能GPP實際上已包含兩個片內(nèi)高速緩存,一個是數(shù)據(jù),一個是指令,它們直接連接到處理器核,以加快運行時的訪問速度。從物理上說,這種片內(nèi)的雙存儲器和總線的結(jié)構(gòu)幾乎與哈佛結(jié)構(gòu)的一樣了。然而從邏輯上說,兩者還是有重要的區(qū)別。

          GPP使用控制邏輯來決定哪些數(shù)據(jù)和指令字存儲在片內(nèi)的高速緩存里,其程序員并不加以指定(也可能根本不知道)。與此相反,DSP使用多個片內(nèi)存儲器和多組總線來保證每個指令周期內(nèi)存儲器的多次訪問。在使用DSP時,程序員要明確地控制哪些數(shù)據(jù)和指令要存儲在片內(nèi)存儲器中。程序員在寫程序時,必須保證處理器能夠有效地使用其雙總線。

          此外,DSP處理器幾乎都不具備數(shù)據(jù)高速緩存。這是因為DSP的典型數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)流。也就是說,DSP處理器對每個數(shù)據(jù)樣本做計算后,就丟棄了,幾乎不再重復(fù)使用。

          3 零開銷循環(huán)

          如果了解到DSP算法的一個共同的特點,即大多數(shù)的處理時間是花在執(zhí)行較小的循環(huán)上,也就容易理解,為什么大多數(shù)的DSP都有專門的硬件,用于零開銷循環(huán)。所謂零開銷循環(huán)是指處理器在執(zhí)行循環(huán)時,不用花時間去檢查循環(huán)計數(shù)器的值、條件轉(zhuǎn)移到循環(huán)的頂部、將循環(huán)計數(shù)器減1。

          與此相反,GPP的循環(huán)使用軟件來實現(xiàn)。某些高性能的GPP使用轉(zhuǎn)移預(yù)報硬件,幾乎達到與硬件支持的零開銷循環(huán)同樣的效果。

          4 定點計算

          大多數(shù)DSP使用定點計算,而不是使用浮點。雖然DSP的應(yīng)用必須十分注意數(shù)字的精確,用浮點來做應(yīng)該容易的多,但是對DSP來說,廉價也是非常重要的。定點機器比起相應(yīng)的浮點機器來要便宜(而且更快)。為了不使用浮點機器而又保證數(shù)字的準確,DSP處理器在指令集和硬件方面都支持飽和計算、舍入和移位。


          關(guān)鍵詞: DSP MCU MCU和嵌入式微處理器

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