如何將DSP和MCU兩者完美結(jié)合

　　按照傳統(tǒng)方式，嵌入式應(yīng)用中的數(shù)字信號處理器（DSP）相對于主微控制器（MCU）起從屬作用。在這些應(yīng)用中，MCU用作系統(tǒng)控制器，而大量的數(shù)據(jù)處理留給DSP。例如，在音頻或視頻處理應(yīng)用中有可能需要人機界面管理，或者是整個系統(tǒng)的控制。

　　設(shè)計方案選擇
　　為完成這些任務(wù)，有幾種系統(tǒng)設(shè)計方案選擇。第一種方案將DSP和MCU芯片組合在印制電路板（PCB）上。這種方案成本高并且占用面積大，但是可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整每個芯片的尺寸以最大限度地滿足系統(tǒng)需要。
　　第二種方案是一種將DSP和MCU組合在單個封裝內(nèi)的多芯片模塊（MCM）。這種方案的局限性是，設(shè)計工程師必須按“50/50”的時間比例分配給控制和DSP功能；例如，一旦DSP超出時間，MCU將不能完成計算任務(wù)。像第一種方案選擇一樣，當(dāng)DSP和MCU內(nèi)核獨立存在時，需要兩套開發(fā)工具。
　　第三種方案是將DSP功能合并到一個MCU中。這種方案只適合于直接的信號處理應(yīng)用。MCU的時鐘頻率和計算體系結(jié)構(gòu)根本上不太適合大量的數(shù)字處理。有些MCU試圖通過增加一個乘法和累加器（MAC）（DSP的一個特點）來補償上述不足。但是這種方案仍然缺乏高級應(yīng)用所需要的基本的“由下至上 ”的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計 。
　　最近，已經(jīng)出現(xiàn)第四種方案它是將MCU的功能合并到一個DSP中。這類方案的一個例子是美國模擬器件公司（Anolog Device Inc.,簡稱ADI）的Blackfin™ 處理器系列。這些新型處理器具有統(tǒng)一的經(jīng)過優(yōu)化的體系結(jié)構(gòu)，不僅適于數(shù)據(jù)計算，而且也適于有關(guān)的控制任務(wù)。通過平衡執(zhí)行控制任務(wù)與復(fù)雜計算的要求，這種方案可以根據(jù)系統(tǒng)實時處理的需要，完成100%的控制或者100%的計算任務(wù)。完成所有這一切任務(wù)不需要在DSP模式和MCU模式之間的模式轉(zhuǎn)換。

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　　System Control Blocks=系統(tǒng)控制單元
　　Emulator & Test Control=仿真器和測試控制
　　Voltage Regulation=穩(wěn)壓電源
　　Event Controller=事件控制器
　　Clock(PLL)=時鐘
　　鎖相環(huán)（PLL）
　　Memory DMA=存儲器
　　直接存儲器存取（DMA）
　　Watchdog Timer=監(jiān)視定時器
　　Real Time Clock=實時時鐘
　　Core=內(nèi)核
　　48 KB Instruction SRAM/Cache=48 KB指令
　　靜態(tài)存儲器（SRAM）
　　和高速緩存
　　32 KB Instruction ROM=32 KB指令
　　只讀存儲器（ROM）
　　32 KB Data SRAM/Cache=32 KB數(shù)據(jù)
　　靜態(tài)存儲器（SRAM）
　　和高速緩存
　　4 KB Scratchpad RAM=4 KB
　　高速暫存
　　隨機存儲器（RAM）
　　System Interface Unit=系統(tǒng)接口單元
　　External Memory Interface=外部存儲器接口
　　High Speed I/O=高速I/O端口
　　Parallel Peripheral Interface/GPIO=并行外圍接口（PPI）
　　和通用輸入輸出接口（GPIO）
　　
　　UART=通用異步收發(fā)器
　　SPI=串行外圍接口（SPI）
　　Hi-speed Serial Ports=高速串行端口
　　PCI/USB=可編程通信接口（PCI）和通用串行總線（USB）
　　Timers 0/1/2=定時器0，1，2
　　Peripheral Blocks=外圍設(shè)備單元

　　一類新型的DSP也提供一套RISC指令系統(tǒng)集、存儲器管理單元、事件控制器和多種外設(shè)以便在一顆單芯片內(nèi)提供大量計算和高效系統(tǒng)控制功能。

　　DSP與MCU比較
　　首先讓我們回顧一下DSP和MCU的典型功能。DSP主要是在一單個時鐘周期內(nèi)盡可能完成多個MAC（乘法和累加）操作。為了這一點，指令的操作代碼通常是可變的超長的指令字（VLIW）。DSP也適于工作在緊密、高效的環(huán)路中。另外，為了達(dá)到性能指標(biāo)通常需要編寫優(yōu)化的匯編代碼。由于DSP的算法程序一般裝在小容量、短等待時間的內(nèi)置存儲器中，所以代碼密度通常不是大問題。
　　像DSP主要用于完成計算一樣，MCU主要用于完成控制功能。同樣地，典型的MCU應(yīng)用包括許多條件操作，在程序流程中頻繁地跳轉(zhuǎn)。通常使用C或者C＋＋語言編寫程序。代碼密度極為重要，并且根據(jù)編譯代碼的長度來評估算法。存儲器系統(tǒng)是基于高速緩存從而允許該系統(tǒng)設(shè)計工程師用較長等待時間從較大的存儲器中調(diào)用較大程序。利用基于高速緩存系統(tǒng)，程序員不需要考慮如何以及何時將指令輸入到內(nèi)核去執(zhí)行。
　　統(tǒng)一的DSP和MCU兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)點。它的指令集由16 bit，32 bit和64 bit操作碼組成，但是由于最常用的指令采用16 bit編碼，所以編譯代碼密度大小與那些流行的MCU相同。另外，它包括一個存儲器保護功能以及指令高速緩存和數(shù)據(jù)高速緩存，作為整個存儲器管理單元（MMU）的一部分。此外，容易提供一套完整的C/C＋＋開發(fā)工具，提供可選匯編語言或者全部匯編語言適合算法優(yōu)化的編程。

　　支持RTOS
　　系統(tǒng)控制的一個重要方面是任務(wù)管理。實時操作系統(tǒng)（RTOS）逐漸地用于控制復(fù)雜系統(tǒng)中多種正在進(jìn)行的和同時發(fā)生的任務(wù)。通過提供對任務(wù)調(diào)度與管理的支持，RTOS簡化了編程模式，這通常是由MCU控制的，由于普通的DSP不具備支持RTOS需要的所有功能以便有效地控制。
　　然而，統(tǒng)一的DSP和MCU促進(jìn)了RTOS幾個重要功能的發(fā)展。第一個是限制訪問功能以保護或者保留存儲單元。第二個是配備單獨的堆棧和幀指針以減少操作系統(tǒng)（OS）請求以及中斷和異常處理所需的等待時間。第三個是具備單獨的用戶操作模式和管理員操作模式。過去，DSP按照等效于管理員操作模式工作，從而允許在任何時間完全訪問所有的系統(tǒng)資源。然而MCU提供類似的在用戶操作模式，它允許在OS的頂層運行應(yīng)用軟件?，F(xiàn)在，在一個統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)下提供兩種操作模式，因為增強的DSP系統(tǒng)能夠限制用戶應(yīng)用軟件僅通過OS訪問系統(tǒng)資源。