比较DSP与其他技术-如GPP、FPGA、ASIC、MCO.doc

DSP特点及应用一 比较DSP与其他技术，如GPP、FPGA、ASIC、MCO等答：可编程逻辑阵列FPGAFPGA已进入45nm时代，在一片集成电路板上可以集成更多的晶体管，其芯片运行更快，功耗更低，具有以下优点：适合高速信号处理：FPGA采用硬件实现数字信号处理，因而更适合高速信号处理，对于采样频率大于100MHz的信号，采用专用的FPGA效率更高。具有专用的数字信号处理结构：各大公司先进的FPGA，如ALTERA公司的Stratix、系列Cyclone、系列等，都为数字信号处理其提供了专用的数字信号处理单元，这些单元有专用的乘法累加器组成，不仅减少了逻辑逻辑资源的使用，其结构更加适合实现数字滤波器、FFT等数字信号处理算法。但是使用FPGA也有缺点：开发需要较深的硬件基础：无论VHDL还是Verilog HDL语言实现数字信号处理功能都需要较多的数字电路知识，硬件实现的思想与软件编程有较大的区别，从软件算法转移到FPGA硬件实现存在许多需要克服的困难。调试困难：对FPGA进行调制与软件调试存在很大区别，输出的信号需要通过通过示波器、逻辑分析仪进行分析，而很多处理的中间信号量甚至无法引出进行观察，因此，FPGA的更多工作是通过软件仿真来进行验证的，着需要编写较全面的测试文件，FPGA的软件测试是一项艰巨的任务。专用集成电路ASICASIC是FPGA的近亲，一般通过原理图、VHDL对数字系统建模，运用EDA软件仿真、综合，生成基于一些标准库的网络表，配置到芯片即可使用。它与ASIC的区别是用户不需要介入芯片的布局布线和工艺问题，而且可以随时改变其逻辑功能，使用灵活。 ASIC分为全定制和半定制。全定制设计需要设计者完成所有电路的设计，因此需要大量人力物力，灵活性好但开发效率低下。如果设计较为理想，全定制能够比半定制的ASIC芯片运行速度更快。半定制使用库里的标准逻辑单元(Standard Cell)，设计时可以从标准逻辑单元库中选择SSI(门电路)、MSI(如加法器、比较器等)、数据通路(如ALU、存储器、总线等)、存储器甚至系统级模块(如乘法器、微控制器等)和IP核，这些逻辑单元已经布局完毕，而且设计得较为可靠，设计者可以较方便地完成系统设计。 现代ASIC常包含整个32-bit处理器,类似ROM、RAM、EEPROM、Flash的存储单元和其他模块。 基于标准单元的设计方法.该方法采用预先设计好的称为标准单元的逻辑单元，如门电路、多路开关、触发器、时钟发生器等，将它们按照某种特定的规则排列成阵列，做成半导体门阵列母片或基片，然后根据电路功能和要求用掩膜版将所需的逻辑单元连接成所需的专用集成电路。基于门阵列的ASIC门阵列，是将晶体管作为最小单元重复排列组成基本阵列，做成半导体门阵列母片或基片，然后根据电路功能和要求用掩膜版将所需的逻辑单元连接成所需的专用集成电路。用门阵列设计的ASIC中，只有上面几层用作晶体管互连的金属层由设计人员用全定制掩膜方法确定，这类门阵列称为掩膜式门阵列MGA。可编程器件的ASIC设计，可编程ASIC是专用集成电路发展的另一个有特色的分支，它主要利用可编程的集成电路如PROM,GAL,PLD,CPLD,FPGA等可编程电路或逻辑阵列编程，得到ASIC。其主要特点是直接提供软件设计编程完成ASIC电路功能，不需要再通过集成电路工艺线加工。可编程器件的ASIC设计种类较多，可以适应不同的需求。其中的PLD和FPGA是用得比较普遍得可编程器件。适合于短开发周期，有一定复杂性和电路规模的数字电路设计。尤其适合于从事电子系统设计的工程人员利用EDA工具进行ASIC设计数字信号处理器DSPDSP，是一种专门实现、快速实现各种数字信号处理算法而设计的具有特殊结构的微处理器。DSP采用了程序处理空间和数据存储空间分开的哈弗结构和多套地址、数据总线，哈佛结构是并行结构，程序和数据存在于不同的存储空间，每个存储空间独立编址、独立访问。因此DSP可以同时取指令和去操作数；而且，还允许在程序空间和数据空间之间互相传送数据，因而是DSP很容易实现单周期乘法运算。所有DSP均采用流水线结构，指令的执行分解为取指、译码、去操作数和执行等几个阶段。在运行过程中，不同指令的不同阶段在时间上是重叠的，流水线结构提高了执行的整体速度，有助于数字信号出路的实时性。由于DSP任务包含一些列乘法累加运算，所以DSP处理器使用专门的硬件实现单周期乘法，并使用累加寄存器来处理多个乘法的累加；而且几乎所有的DSP指令集都包含有MAC指令。DSP都有专门的支持循环结构的硬件“零开销循环”。，其条件控制、循环计数等循环机制由专门硬件控制，而处理器不花费任何时间。除了立即数寻址、直接寻址、间接等常见寻址方式之外，DSP支持一些特殊的 寻址方式，如为了降低卷积、自相关算法和FFT算法的地址计算开销，多数DSP支持循环寻址和位倒序寻址。DSP指令集设计了一些特殊的DSP指令用于专门的数字信号处理操作，例如FIRSADD指令和LMS指令分别用于对称结构FIR滤波器算法和LMS算法。且利用率DSP的结构特点，大大提高了执行指令的并行度，进而提高了处理速度。DSP片内集成了众多类型硬件设备，如定时器、串行口、并行口、DMA控制器、等待状态产生器、PLL时钟产生器、JTEG标准测试接口、ROMRAM及Flash等。这些片内外设提高了处理器速度和数据吞吐能力，简化了接口设计，同时降低了系统功耗和节约电路板空间。程序开发角度，DSP程序一般采用汇编语言和C语言与汇编语言嵌套的方式编写，大多数DSP厂商提供DSP的开发仿真工具，以帮助程序员完成器开发仿真工作。DSP可用于处理频率非常低的信号。通用处理器 GPPGPP区别去DSP，广泛采用冯诺依曼存储结构,其特点是只有一个存储空间、一套地址总线和一套数据总线；指令和数据都存放在这个存储器空间中，统一分配地址，所以，处理其必须分时访问程序和数据空间。目前，高性能的GPP采用了高速缓存Cache技术以加快处理速度，CPU可以高速缓存保存最近执行的指令，从而提高系统的处理效率，这一点与DSP相同。通用处理器GPP采用微程序实现乘法，区别于DSP的硬件累加寄存器乘法。通用处理GPP的循环控制通常使用软件来实现的，没有专门支持循环结构的硬件。通用处理器GPP不支持立即寻址、间接寻址等寻址方式。通用处理器GPP在程序开发上一般采用C语言或C+语言等高级语言，而不才用汇编语言，在程序开发时，一般也不会提供专用的开发仿真软件。MCU微控制单元单片机多点处理单元，目前主流厂商的MCU一般可以提供单机多达32个用户的接入服务，并且可以进行级联，可以基本满足用户的使用要求。MCU的使用和管理不应该太复杂，要使客户方技术部甚至行政部的一般员工能够操作。MCU同温度传感器之间通过I2C总线连接。I2C总线占用2条MCU输入输出口线，二者之间的通信完全依靠软件完成。温度传感器的地址可以通过2根地址引脚设定，这使得一根I2C总线上可以同时连接8个这样的传感器。MCU需要访问传感器时，先要发出一个8位的寄存器指针，然后再发出传感器的地址。传感器中有3个寄存器可供MCU使用，8位寄存器指针就是用来确定MCU究竟要使用哪个寄存器的。本方案中，主程序会不断更新传感器的配置寄存器，这会使传感器工作于单步模式，每更新一次就会测量一次温度。要读取传感器测量值寄存器的内容，MCU必须首先发送传感器地址和寄存器指针。MCU发出一个启动信号，接着发出传感器地址，然后将RD/WR管脚设为高电平，就可以读取测量值寄存器。MCU读取传感器的测量值后，接下来就要进行换算并将结果显示在LCD上。整个处理过程包括：判断显示结果的正负号，进行二进制码到BCD码的转换，将数据传到LCD的相关寄存器中。 二DSP的应用（FIR、IIR、FFT等）1.语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。图像/图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。军事：保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。2.用于DSP的智能视频监控系统传统的视频监视系统是简单的非智能闭路电视（CCTV）系统，其缺点十分明显。这样的系统或者需要安保人员实时监视画面以捕捉关键事件，或者需要在事后对视频记录进行回放并进行人工分析。耗时耗力，成本高而效率低。近几年，DSP在智能视频监控系统方面的应用不断完善，正在逐渐取代传统的模拟非智能系统。家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏