京东旗舰店

News

新闻中心

数字信号处理器发展的现状与发展的趋势

2023-03-30 292

数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。反过来,数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。数字信号处理是以众多的学科为理论基础的,它所涉及的范围及其广泛。例如,在数学领域,微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具,与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。一些新兴的学科,如人工智能、模式识别、神经网络等,都与数字信号处理密不可分。可以说,数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础,同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。


长期以来,信号处理技术—直用于转换或产生模拟或数字信号。其中应用得最频繁的领域就是信号的滤波。此外,从数字通信、语音、音频和生物医学信号处理到检测仪器仪表和机器人技术等许多领域中,都广泛地应用了数字信号处理技术。数字信号处理己经发展成为一项成熟的技术,并且在许多应用领域逐步代替了传统的模拟信号处理系统。

DSP处理器发展的趋势是结构多样化,集成单片化用户化,开发工具更完善,评价体系更全面更专业。


数字信号处理器发展的趋势


VLIW结构、超标量体系结构和DSP/MCU混合处理器是DSPs结构发展的新潮流。VLIW和超标量结构能够获得很高的处理性能。DSP/MCU混合可以简化应用系统设计,降低体积和成本。高性能通用处理器(GPPs)借用了DSPs的许多结构优点,其浮点处理速度比高档DSPs还要快。高性能GPPs一般时钟频率为200~500MHz,具有超标量、SIMD结构,单周期乘法操作,好的存储器带宽,转移预测功能,因此GPPs正在涉足DSP领域。但由于GPPs缺乏实时可预测性,优化DSP代码困难,有限的DSP工具支持,高功耗等问题,因此GPPs在DSP中的应用还有限。但瞄准嵌入系统应用的高性能GPPs与DSPs进行混合,形成专用的嵌入GPPs,如Hitachi的SH-DSP,ARM的Piccolo,Siemens的TriCore。嵌入GPPs保留原有的高性能,并加强DSP实时预测、控制等方面的能力,与专用DSP处理器形成了对照。


在DSPs综合集成方面,处理器核和快速用户可定制能力是重要的。预计将出现和流行:用户可定制DSPs,块组建DSPs,可编程整数DSPs,DSPs化现场可编程门阵列(FPGAs),更专用化的DSPs,多媒体DSPs等。更令人鼓舞的是未来DSP处理器将集成DSP处理器核,微控制器,存储器RAM和ROM,串行口,模数转换器,数模转换器,用户定义数字电路,用户定义模拟电路等,因此DSP处理系统一般将不再是若干印制板(如信号调理板,A/D板,D/A板,接口定时板等)组成的大系统。


由于DSPS结构的多样化,DSPS性能测试将变得更加困难,MIPS、MOPS、MFLOPS、BOPS等指标将越来越不能准确反映DSPS的性能,因此需要更细更专业化的测试评价标准。对具体应用来说,某些单项功能测试结果,可能显得更重要。


随着DSPs性能的提高,开发工具可能比处理器结构将更重要,因为只有有效的开发工具,才能使处理器得到普遍使用,并使性能充分发挥。片上Debug是实时调试的最好手段,它将采用与JTAG兼容的Debug口。C编译器的效率仍然是重点,如何方便容易地进行有效代码开发是关键。指令软件仿真器显得更重要,更精确的指令软件仿真器将得到开发。多类型DSP调试开发工具将混合集成在一起。DSPs开发工具将是一个充满机遇和挑战的领域。


DSP处理器存在两种发展趋势:一是DSP应用越来越多,如手机和便携式音频播放器等。DSP将集成更多功能,如A/D转换、LCD控制器等,系统成本和器件数将会大为降低。另一个趋势是将DSP作为IP出售,如亿恒科技公司的Camel和TriCore内核。随着EDA工具的不断成熟,系统设计工程师将更容易地修改DSP内核,加入用户专用外围电路以实现更专业化、更低成本的DSP解决方案。


80年代还属于少数人研究的数字信号处理(DSP),进入90年代以来,已逐渐成为人们最常用的工程术语之一。处理器应用广泛的原因在于,处理器的制造技术发展得极为先进,使处理器的成本下降到这一水平:它可用在消费品和其它对成本敏感的系统中;处理器的处理速度上升到这一水平:它可满足大部分高速实时信号处理的需求。在产品中越来越多地使用DSP处理器,加剧了对更快、更便宜、更节省能量的DSP处理器的开发和迅速发展。


DSP处理器(DSPs)的品种越来越繁多,除了大家熟知的四大DSPs产商:TexasInstruments(德州仪器)公司、Lucent Technologies(朗讯技术)公司、Analog。


Devies(模拟设备)公司和Motorola(摩托罗拉)公司,大约还有80家DSPs产商。它们生产的DSPs主要用于特殊功能的设备,如调制解调器、MPEG译码器、硬盘驱动器等。


DSP处理器可分为两大类:定点DSPs和浮点DSPs。定点DSPs发展迅速,品种最多,处理速度为20~2000MIPS。浮点DSPs基本由TI和AD公司垄断,处理速度40~1000MFLOPS。DSPs的性能已形成低、中、高三档,高端产品处理器结构发生了深刻的变化,形成了多样化的趋势。