《TigerSHARC處理器技術(shù)及其應(yīng)用》課件第1章

第1章概述1.1數(shù)字信號(hào)處理器的基本概念和特點(diǎn)1.2數(shù)字信號(hào)處理器的發(fā)展歷史和應(yīng)用1.3ADI公司的DSP系列簡介1.1數(shù)字信號(hào)處理器的基本概念和特點(diǎn)

1.1.1數(shù)字信號(hào)處理器的基本概念

數(shù)字信號(hào)處理器(DigitalSignalProcessor，DSP)是一種專門用來實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法的專用處理器，可以分成專用DSP和通用DSP兩類。專用DSP用來實(shí)現(xiàn)某些特定的數(shù)字信號(hào)處理功能，如數(shù)字濾波、FFT等。它不需要編程，使用方便，處理速度快，但是缺乏靈活性。通用DSP則有完整的指令系統(tǒng)，通過編程可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理功能，具有適應(yīng)性強(qiáng)、靈活性高、應(yīng)用范圍廣、開發(fā)成本低、開發(fā)周期短等顯著優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。

通用DSP(以下簡稱DSP)實(shí)際上是一種專門針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專門的處理器。按照其指令系統(tǒng)可以分為定點(diǎn)處理器和浮點(diǎn)處理器。定點(diǎn)處理器算術(shù)邏輯單元(ALU)的運(yùn)算針對(duì)定點(diǎn)數(shù)(整數(shù)或者小數(shù))設(shè)計(jì)，一般可以直接進(jìn)行定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，不能直接進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)(實(shí)數(shù))的運(yùn)算。當(dāng)利用定點(diǎn)處理器進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算時(shí)，其運(yùn)算時(shí)間會(huì)增加，從而導(dǎo)致運(yùn)行效率急劇下降。而浮點(diǎn)處理器通常設(shè)計(jì)有專門的浮點(diǎn)數(shù)加法和乘法硬件運(yùn)算單元，它既可進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，也可進(jìn)行定點(diǎn)數(shù)的運(yùn)算，并且完成浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算和定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算的時(shí)間或者指令周期數(shù)相同。因此，浮點(diǎn)處理器運(yùn)算精度高，可以完成各種復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法。

定點(diǎn)處理器DSP可以勝任大多數(shù)數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用，但其可處理的數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)范圍有限，如16bit定點(diǎn)DSP的動(dòng)態(tài)范圍僅96dB。在某些數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍很大的場(chǎng)合，按定點(diǎn)數(shù)處理可能會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)溢出，在編程時(shí)需要使用移位定標(biāo)措施或者用定點(diǎn)指令模擬浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，使程序執(zhí)行速度大大降低。浮點(diǎn)DSP的出現(xiàn)解決了這些問題，它拓展了數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍。浮點(diǎn)DSP的綜合性能優(yōu)于定點(diǎn)DSP，在相同的指令周期內(nèi)，它既可完成32位定點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，也可完成浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，而且其匯編源程序容易編寫，可讀性好，調(diào)試方便。

DSP主要用于滿足各類通信設(shè)備、雷達(dá)、數(shù)字電視、數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、DVD、VCD、音響設(shè)備等各種應(yīng)用對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的需要。DSP的特點(diǎn)之一是適合于數(shù)學(xué)計(jì)算密集的應(yīng)用，如快速傅立葉變換(FFT)、卷積、相關(guān)、數(shù)字濾波、譜估計(jì)等數(shù)學(xué)計(jì)算密集類算法。DSP在其體系結(jié)構(gòu)上采取了一系列措施，使其在數(shù)學(xué)計(jì)算方面具有優(yōu)越的性能。DSP的另一個(gè)特點(diǎn)是運(yùn)算速度快，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算，這在調(diào)制和解調(diào)、雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)等應(yīng)用中非常重要。1.1.2數(shù)字信號(hào)處理器的特點(diǎn)

1)運(yùn)算單元

DSP具有硬件乘法器和多功能運(yùn)算單元。硬件乘法器可以在單個(gè)指令周期內(nèi)完成乘法操作，這是DSP區(qū)別于通用微處理器的一個(gè)重要標(biāo)志。DSP的多功能運(yùn)算單元可以完成加減、邏輯、移位、數(shù)據(jù)傳送等操作。新一代的DSP內(nèi)部甚至還包含多個(gè)并行的運(yùn)算單元，大大提高了運(yùn)算和處理能力。

針對(duì)濾波、相關(guān)、矩陣運(yùn)算等需要大量乘及累加運(yùn)算的特點(diǎn)，DSP算術(shù)單元中的乘法器和加法器可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)完成相乘、累加兩個(gè)運(yùn)算。近年出現(xiàn)的許多DSP還可以同時(shí)進(jìn)行乘、加、減運(yùn)算，大大提高了完成FFT運(yùn)算和數(shù)字濾波等典型數(shù)字信號(hào)處理算法的速度。

2)總線結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的通用處理器采用統(tǒng)一的程序和數(shù)據(jù)空間、共享的程序和數(shù)據(jù)總線結(jié)構(gòu)，即所謂的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。DSP普遍采用了數(shù)據(jù)總線和程序總線分離的多總線結(jié)構(gòu)，即哈佛結(jié)構(gòu)或者改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，極大地提高了指令執(zhí)行速度。片內(nèi)的多套總線可以同時(shí)進(jìn)行取指令和多個(gè)數(shù)據(jù)存取操作，許多DSP片內(nèi)嵌有DMA控制器，配合片內(nèi)多總線結(jié)構(gòu)，可使數(shù)據(jù)塊傳送速度大大提高。如TI公司的C6000系列的DSP采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，內(nèi)部有一套256位寬度的程序總線、兩套32位的數(shù)據(jù)總線和一套32位的DMA總線。ADI公司的SHARC和TigerSHARC系列DSP采用超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)(SuperHarvaredArchitectureComputer)，內(nèi)部集成了3套甚至4套總線，即程序存儲(chǔ)器總線、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和輸入輸出總線。

3)專用尋址單元

DSP面向數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用，伴隨著頻繁的數(shù)據(jù)訪問，數(shù)據(jù)地址的計(jì)算也需要大量時(shí)間。DSP內(nèi)部配置了專用的尋址單元，用于地址的修改和更新，它們可以在尋址訪問前或訪問后自動(dòng)修改內(nèi)容，以指向下一個(gè)要訪問的地址。地址的修改和更新與算術(shù)單元并行工作，不需要額外的時(shí)間。

DSP的地址產(chǎn)生器支持直接尋址、間接尋址操作，大部分DSP還支持位反轉(zhuǎn)尋址(用于FFT算法的數(shù)據(jù)次序整理)和循環(huán)尋址(用于數(shù)字濾波算法)。

4)片內(nèi)存儲(chǔ)器

針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理的數(shù)據(jù)密集運(yùn)算的需要，DSP對(duì)程序和數(shù)據(jù)訪問的時(shí)間要求很高，為了減小指令和數(shù)據(jù)的傳送時(shí)間，許多DSP內(nèi)部集成了高速程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以提高程序和數(shù)據(jù)訪問存儲(chǔ)器的速度。

如TI公司的C6000系列的DSP內(nèi)部集成有1～7MB的程序和數(shù)據(jù)RAM；ADI公司的SHARC系列的DSP內(nèi)部集成有0.5～5MB的程序和數(shù)據(jù)RAM，TigerSHARC系列的DSP內(nèi)部集成有6～24MB的程序和數(shù)據(jù)RAM。

5)流水處理技術(shù)

DSP大多采用流水技術(shù)，即將一條指令的執(zhí)行過程分解成取指、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行等若干個(gè)階段，每個(gè)階段稱為一級(jí)流水。每條指令都由片內(nèi)多個(gè)功能單元分別完成取指、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行等操作，從而在不提高時(shí)鐘頻率的條件下減少了每條指令的執(zhí)行時(shí)間。

6)?DSP與其他處理器的差別

數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、通用微處理器(MPU)、微控制器(MCU)三者的區(qū)別在于：

●?DSP面向高性能、重復(fù)性、數(shù)值運(yùn)算密集型的實(shí)時(shí)處理；

●?MPU大量應(yīng)用于個(gè)人計(jì)算機(jī)；

●?MCU適用于以控制為主的處理過程。

DSP的運(yùn)算速度要比其他處理器高得多，以FFT、相關(guān)為例，高性能DSP不僅處理速度是MPU的4～10倍，而且可以連續(xù)不斷地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)輸入/輸出。DSP的結(jié)構(gòu)相對(duì)單一，普遍采用匯編語言編程，其任務(wù)完成時(shí)間的可預(yù)測(cè)性相對(duì)于結(jié)構(gòu)和指令復(fù)雜(超標(biāo)量指令)且嚴(yán)重依賴于編譯系統(tǒng)的MPU強(qiáng)得多。以一個(gè)FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)為例，每輸入一個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)每階濾波器系數(shù)需要一次乘、一次加、一次取指、二次取數(shù)，還需要專門的數(shù)據(jù)移動(dòng)操作。DSP可以單周期完成乘加并行操作以及2～4次數(shù)據(jù)存取操作，而普通MPU完成同樣的操作至少需要4個(gè)指令周期。因此，在相同的指令周期和片內(nèi)指令緩存條件下，DSP的運(yùn)算速度是MPU運(yùn)算速度的4倍以上。

1.2數(shù)字信號(hào)處理器的發(fā)展歷史和應(yīng)用

1.2.1數(shù)字信號(hào)處理器的發(fā)展歷史

世界上第一個(gè)單片DSP芯片是1978年AMI公司發(fā)布的S2811。1979年，美國Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSP芯片發(fā)展史中的一個(gè)里程碑。1980年，日本NEC公司推出的μPD7720是第一個(gè)具有乘法器的商用DSP芯片。1.2.2數(shù)字信號(hào)處理器的應(yīng)用

隨著DSP性能的迅速提高和成本的大幅度下降，DSP的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其已成為當(dāng)前產(chǎn)量和銷售量增長最快的電子產(chǎn)品之一。DSP應(yīng)用幾乎遍及整個(gè)電子領(lǐng)域，常見的典型應(yīng)用領(lǐng)域包括：

1)通用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)

通用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)是數(shù)字信號(hào)處理中最常使用的，包括數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)、FFT、希爾伯特變換、自適應(yīng)濾波、窗函數(shù)產(chǎn)生和波形發(fā)生等。

2)通信技術(shù)

數(shù)字信號(hào)處理器在通信技術(shù)中應(yīng)用廣泛，如應(yīng)用于高速調(diào)制解調(diào)器、編/譯碼器、自適應(yīng)均衡器、程控交換機(jī)、蜂窩移動(dòng)電話、數(shù)字基站等設(shè)備以及電視會(huì)議、保密通信、衛(wèi)星通信等技術(shù)領(lǐng)域。隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，DSP又在網(wǎng)絡(luò)管理/服務(wù)、信息轉(zhuǎn)發(fā)、IP電話等新領(lǐng)域扮演著重要角色，而軟件無線電的提出和發(fā)展則進(jìn)一步增強(qiáng)了DSP在無線通信領(lǐng)域的作用。

3)語音處理

語音處理是通信領(lǐng)域中最活躍的技術(shù)之一。數(shù)字信號(hào)處理器在語音識(shí)別、語音合成、矢量編碼、語音信箱中有著廣闊的應(yīng)用。

4)圖形和圖像處理

圖形和圖像處理是數(shù)字信號(hào)處理器的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一，在三維圖像變換、模式識(shí)別、圖像增強(qiáng)、動(dòng)畫處理、圖形顯示加速、電子出版、電子地圖等方面都有其用武之地。

5)自動(dòng)控制

專用的數(shù)字信號(hào)處理器可以用于磁盤、光盤和打印機(jī)的伺服控制及發(fā)動(dòng)機(jī)控制、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等技術(shù)領(lǐng)域。

6)儀器儀表

在測(cè)量數(shù)據(jù)譜分析、自動(dòng)監(jiān)測(cè)及分析、暫態(tài)分析、勘探、模擬試驗(yàn)等儀器儀表中，數(shù)字信號(hào)處理器可以作為嵌入式處理器，提供更強(qiáng)的處理能力，提升儀器的性能。

7)醫(yī)用電子儀器

在醫(yī)用電子儀器如助聽器、CT掃描、超聲波、心腦電圖、核磁共振、醫(yī)療監(jiān)護(hù)等領(lǐng)域，數(shù)字信號(hào)處理器也發(fā)揮著越來越大的作用。

8)軍事與尖端科技

數(shù)字信號(hào)處理器在雷達(dá)和聲納信號(hào)處理、雷達(dá)成像、自適應(yīng)波束合成、陣列天線信號(hào)處理、導(dǎo)彈制導(dǎo)、火控系統(tǒng)、戰(zhàn)場(chǎng)C3I系統(tǒng)、導(dǎo)航、全球定位GPS、目標(biāo)搜索跟蹤、尖端武器試驗(yàn)、航空航天試驗(yàn)、宇宙飛船、偵察衛(wèi)星中有著廣泛的應(yīng)用。

9)計(jì)算機(jī)與工作站

數(shù)字信號(hào)處理器在陣列處理機(jī)、計(jì)算加速卡、圖形加速卡、多媒體計(jì)算機(jī)中也得到了應(yīng)用。

10)消費(fèi)電子

在消費(fèi)電子設(shè)備中，數(shù)字信號(hào)處理器作為嵌入式處理器得到了廣泛的應(yīng)用，如數(shù)字電視、高清晰度電視、圖像/聲音壓縮解壓器、VCD/DVD/CD播放機(jī)、電子玩具、游戲機(jī)、數(shù)字留言/應(yīng)答機(jī)、汽車電子裝置、音響合成、住宅電子安全系統(tǒng)和家電電腦控制裝置。

1.3ADI公司的DSP系列簡介

1.3.1Blackfin系列定點(diǎn)處理器

Blackfin系列定點(diǎn)處理器是高性能和低成本的嵌入式處理器，它針對(duì)嵌入式音頻、視頻和通信應(yīng)用的計(jì)算和功耗要求設(shè)計(jì)，是一種新型16/32位嵌入式處理器。Blackfin處理器基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)(MSA)，將一個(gè)32位RISC型指令集和雙

16位乘法累加(MAC)信號(hào)處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在了一起。這種處理特征的組合使得Blackfin處理器能夠在信號(hào)處理和控制處理應(yīng)用中發(fā)揮上佳的作用，極大地簡化了硬件和軟件設(shè)計(jì)過程。

Blackfin系列處理器目前的最高內(nèi)核時(shí)鐘頻率達(dá)到756MHz，提供了高達(dá)1512MMACS的運(yùn)算能力，其相應(yīng)的功耗低于0.15mW/MMAC(0.8V電源)。這類DSP綜合了高性能和低功耗的特點(diǎn)，并且具有豐富的接口資源，因此非常適合于嵌入式應(yīng)用的場(chǎng)合，如無線寬帶網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信、音頻和視頻處理、工業(yè)控制、車載設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備等。Blackfin系列處理器具有以下基本特點(diǎn)：

1)高性能處理器內(nèi)核

Blackfin處理器內(nèi)核采用了一個(gè)10級(jí)RISCMCU/DSP流水線，一個(gè)專為實(shí)現(xiàn)最佳代碼密度而設(shè)計(jì)的混合16/32位指令集。Blackfin處理器支持SIMD(單指令多數(shù)據(jù))操作，并提供了加速視頻和圖像處理的指令。該架構(gòu)很適合于信號(hào)處理/分析能力，還可在單內(nèi)核器件或雙內(nèi)核器件上提供高效RISCMCU控制任務(wù)執(zhí)行能力。

2)高帶寬DMA能力

所有的Blackfin處理器均具有多個(gè)獨(dú)立的DMA控制器，這些控制器支持自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，而所需的處理器內(nèi)核開銷極少。DMA傳輸可出現(xiàn)于內(nèi)部存儲(chǔ)器和諸多具有DMA功能的外設(shè)之間，也有可能出現(xiàn)于外設(shè)和與外部存儲(chǔ)器接口相連的外部器件(包括SDRAM控制器和異步存儲(chǔ)器控制器)之間。

3)視頻指令

除了具有對(duì)8位數(shù)據(jù)以及許多像素處理算法所常用的字長的支持之外，Blackfin處理器還包括專為增強(qiáng)視頻處理應(yīng)用中的性能而定義的指令。比如，離散余弦變換(DCT)通過一個(gè)IEEE1180舍入操作得到支持，而“SUMABSOLUTEDIFFERENCE”指令則支持在諸如MPEG2、MPEG4和JPEG等視頻壓縮算法中所使用的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法。

4)高效控制處理

Blackfin處理器提供了各種在RISC控制處理器中才具有的特性。這些特性包括：功能強(qiáng)大且靈活的分層存儲(chǔ)器架構(gòu)、出眾的代碼密度以及各種外設(shè)接口，包括10/100以太網(wǎng)MAC、UART、SPI、CAN控制器、支持PWM的定時(shí)器、看門狗定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和一個(gè)無縫同步和異步存儲(chǔ)器控制器。所有這些特點(diǎn)為設(shè)計(jì)師提供了巨大的設(shè)計(jì)靈活性，并最大限度地降低了最終系統(tǒng)的成本。

5)分層存儲(chǔ)器

Blackfin處理器存儲(chǔ)器架構(gòu)在器件實(shí)現(xiàn)中提供了L1和L2兩級(jí)存儲(chǔ)模塊。L1存儲(chǔ)器直接與處理器內(nèi)核相連，以全系統(tǒng)時(shí)鐘頻率運(yùn)行并為實(shí)時(shí)算法程序段提供了最大的系統(tǒng)性能。L2存儲(chǔ)器是一種大容量存儲(chǔ)模塊，其性能雖略有下降，但運(yùn)行速度仍然高于片外存儲(chǔ)器。

6)易用性

如今，在許多過去需要同時(shí)采用一個(gè)高性能信號(hào)處理器和一個(gè)單獨(dú)的高效控制處理器的應(yīng)用中，只需采用一個(gè)Blackfin處理器就足夠了。這種好處極大地縮減了開發(fā)時(shí)間和成本，并最終加快了產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)程。

7)豐富的內(nèi)嵌接口資源

Blackfin處理器提供了豐富的內(nèi)嵌接口資源，包括各類串行接口如SPI、SPORTS、UART、I2S、CAN、USB等，并行接口如PFX、GPIO等，存儲(chǔ)器接口如SDRAM、SRAM、FLASH等，數(shù)字音頻接口，以太網(wǎng)接口等接口資源。

8)電源管理功能

Blackfin處理器為了減小功耗，提供了動(dòng)態(tài)電源管理功能。它可以通過設(shè)置內(nèi)核時(shí)鐘頻率工作在全速模式或者正常模式，還可以工作在休眠模式、深度休眠模式、冬眠模式、節(jié)能模式等工作模式。1.3.2SHARC系列DSP的基本特點(diǎn)

SHARC系列是采用超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)(SuperHarvardArchitecture，SHARC)的32位浮點(diǎn)DSP。超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)是指處理器內(nèi)部擁有獨(dú)立的一套程序總線、兩套數(shù)據(jù)總線和一套IO總線。SHRAC系列的內(nèi)核中設(shè)置了專門的算術(shù)邏輯單元(ALU)、乘法器和桶形移位寄存器，構(gòu)成其基本處理模塊；設(shè)置了專門的數(shù)據(jù)/程序地址發(fā)生器和程序序列控制器，進(jìn)行程序和數(shù)據(jù)地址的計(jì)算和產(chǎn)生。為了適應(yīng)實(shí)時(shí)處理的要求，其內(nèi)部集成了大容量存儲(chǔ)器和專用接口，可以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和降低研發(fā)成本。

SHARC系列DSP的共同技術(shù)特征包括：支持IEEE32/40位浮點(diǎn)格式數(shù)的運(yùn)算(加、乘和乘累加)，具有32位定點(diǎn)乘法器和80位累加器，所有的運(yùn)算都是單周期的，硬件設(shè)計(jì)支持循環(huán)尋指方式，支持6層循環(huán)嵌套，采用代數(shù)化匯編編程語言，提供了位操作、除法和開方指令。SHARC全系列在匯編語言級(jí)別是兼容的，它們有公共的指令集，可以在各種處理器之間共享。

SHARC系列DSP中的音頻處理系列，提供了豐富的專業(yè)的數(shù)字音頻接口，其片內(nèi)的掩膜ROM包含了多聲道的音頻解碼器以及流水處理算法，支持多種音頻數(shù)據(jù)處理應(yīng)用。SHARC系列DSP提供的音頻接口包括數(shù)字音頻接口(DigitalAudioInterface，DAI)、音頻解碼器(AudioDecoder)、S/PDIP兼容的音頻收發(fā)器、采樣速率轉(zhuǎn)換(SampleRateConvert，SRC)等。這些音頻接口通過其信號(hào)路由分配單元(SignalRoutingUnit，SRU)由用戶指定到可編程的IO引腳，并且支持多種音頻傳輸協(xié)議，可以簡化硬件設(shè)計(jì)，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，具有廣泛的應(yīng)用前景。除了專門的音頻數(shù)據(jù)接口外，SHARC系列DSP還提供了常用的串行接口、并行接口以及高速鏈路口(LINK)。其中串行接口包括同步串行口(SPORT)、串行設(shè)備接口(SPI)、異步串行接口(UART)、2線串行接口(TWI)等，它們可以方便地與各種串行器件互連。其數(shù)字并行接口(DPI)中包含了通用輸入輸出(GPIO)功能和復(fù)用功能，高速LINK口可以實(shí)現(xiàn)處理器之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。

SHARC系列支持多種DMA傳輸方式，包括內(nèi)部存儲(chǔ)器與外部存儲(chǔ)器之間、存儲(chǔ)器與各種接口之間的數(shù)據(jù)傳送。它內(nèi)部的DMA控制器可以與內(nèi)核同時(shí)工作，大大節(jié)省了內(nèi)核的運(yùn)算時(shí)間，提高了運(yùn)行效率。

SHARC系列DSP提供了極高的I/O數(shù)據(jù)吞吐率、功能優(yōu)異的內(nèi)核和大容量內(nèi)部存儲(chǔ)器。它目前主要的應(yīng)用方向包括家庭和汽車音響、醫(yī)用、儀器儀表、測(cè)試儀器等領(lǐng)域，為這些應(yīng)用提供浮點(diǎn)處理的低成本解決方案。

目前SHARC系列DSP有4代產(chǎn)品。第一代產(chǎn)品為ADSP—2106X系列，采用單內(nèi)核(包括ALU、乘法器、移位器和寄存器組)和單指令單數(shù)據(jù)(SISD)結(jié)構(gòu)，具有66MHz/198MFLOPS的運(yùn)算能力，可以完成32位定點(diǎn)或者32/40位浮點(diǎn)計(jì)算，其片內(nèi)集成了大容量的高速存儲(chǔ)器。第一代產(chǎn)品包括ADSP—21060/061/062/065L等幾款芯片，具有6個(gè)8位高速鏈路口，可以十分方便地構(gòu)成矩陣式并行多處理器系統(tǒng)，可以適應(yīng)各種大運(yùn)算量應(yīng)用。

SHARC系列的第二代產(chǎn)品為ADSP—2116X系列，采用雙處理模塊(即兩套ALU、乘法器、移位器和寄存器組)和單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)結(jié)構(gòu)，具有100MHz/600MFLOPS的運(yùn)算能力，提高了其處理能力和運(yùn)算性能，其片內(nèi)集成了大容量的存儲(chǔ)器，同時(shí)還提供了豐富的外部接口。

SHARC系列的第三代產(chǎn)品為ADSP—2126X和ADSP—2136X系列，仍然采用雙運(yùn)算模塊和單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)結(jié)構(gòu)，具有高達(dá)400MHz/2400MFLOPS的運(yùn)算能力，保持了前兩代的特點(diǎn)，提高了其處理能力。為了擴(kuò)展其用途，片內(nèi)集成了各種接口，包括多通道音頻解碼器、S/PDIF收發(fā)器、異步采樣速率轉(zhuǎn)換、PWM通道、代碼加密等專用接口資源，可以適應(yīng)大多數(shù)音頻信號(hào)處理應(yīng)用。為了降低成本和減小引腳數(shù)目，第三代產(chǎn)品的外部地址和數(shù)據(jù)總線引腳采用復(fù)用方式，并且其大部分產(chǎn)品的引腳是兼容的。

SHARC系列的第四代產(chǎn)品為ADSP—2146X系列，仍然采用雙處理模塊和單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)結(jié)構(gòu)，具有高達(dá)450MHz/2700MFLOPS的運(yùn)算能力，并且附加了專門的硬件FIR濾波器加速邏輯，內(nèi)部RAM最高達(dá)5Mb，提高了其處理能力。其片內(nèi)集成了各種接口，包括串行接口、SPI接口、多通道音頻解碼器、S/PDIF收發(fā)器、多通道異步采樣速率轉(zhuǎn)換、代碼加密等專用接口資源，可以適應(yīng)大多數(shù)音頻信號(hào)處理應(yīng)用。它們也具有2個(gè)8位高速鏈路口，也可以十分方便地構(gòu)成并行多處理器系統(tǒng)，以適應(yīng)各種大運(yùn)算量的應(yīng)用。1.3.3TigerSHARC系列DSP的特點(diǎn)

1)指令并行性和SIMD操作

作為一款靜態(tài)超標(biāo)量DSP，TS系列處理器內(nèi)核在單個(gè)指令行中能夠同時(shí)執(zhí)行1～4條32位的指令碼。除少數(shù)情況外，無論一個(gè)指令行包含1條、2條、3條還是4條32位指令，其執(zhí)行都將以一個(gè)周期完成。

TS系列處理器還通過并行使用兩個(gè)運(yùn)算模塊以及SIMD專用計(jì)算而擁有了對(duì)單指令、多數(shù)據(jù)SIMD運(yùn)算提供支持的能力。編程人員可以命令兩個(gè)運(yùn)算模塊用相同的數(shù)據(jù)(廣播分發(fā))或不同的數(shù)據(jù)(合并分發(fā))來操作。此外，每個(gè)運(yùn)算模塊還能夠并行執(zhí)行4項(xiàng)16位計(jì)算或8項(xiàng)8位SIMD計(jì)算。

2)獨(dú)立和并行運(yùn)算模塊

TS系列處理器具有兩個(gè)運(yùn)算模塊，這兩個(gè)模塊可以獨(dú)立操作、并行操作，也可以作為一個(gè)SIMD引擎來操作。DSP在每個(gè)運(yùn)算模塊、每個(gè)周期中能夠發(fā)出多達(dá)兩條計(jì)算指令，用于指示ALU、乘法器或移位器執(zhí)行單獨(dú)而同時(shí)的操作。每個(gè)運(yùn)算模塊包含4個(gè)計(jì)算單元、一個(gè)ALU、一個(gè)乘法器、一個(gè)64位移位器、一個(gè)CLU(僅ADSP—TS201S有)和一個(gè)32位寄存器文件。該32位字、多端口寄存器文件用來在計(jì)算單元和數(shù)據(jù)總線之間傳輸數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)中間結(jié)果。指令能夠?qū)拇嫫魑募械募拇嫫鬟M(jìn)行單獨(dú)存取(字對(duì)齊)、兩個(gè)一組的存取(雙字對(duì)齊)或四個(gè)一組的存取(四字對(duì)齊)。ALU以定點(diǎn)和浮點(diǎn)格式來執(zhí)行一組標(biāo)準(zhǔn)的算術(shù)運(yùn)算，并同時(shí)執(zhí)行邏輯運(yùn)算。乘法器執(zhí)行定點(diǎn)和浮點(diǎn)的乘法運(yùn)算以及定點(diǎn)的乘法-累加運(yùn)算。64位移位器執(zhí)行邏輯和算術(shù)移位、位和位流處理以及位域存放和提取。

3)整數(shù)ALU

TS系列處理器具有兩個(gè)整數(shù)ALU(IALU)，它們提供強(qiáng)大的地址產(chǎn)生能力，并執(zhí)行各種通用的整數(shù)運(yùn)算。每個(gè)IALU具有一個(gè)多端口32字寄存器文件。作為地址生成器，這些IALU可執(zhí)行直接或間接(提前和滯后修改)尋址。IALU可以執(zhí)行模運(yùn)算和位反序運(yùn)算，且未對(duì)用于數(shù)據(jù)緩沖器布局的存儲(chǔ)器地址加以約束。每個(gè)IALU都可指定從存儲(chǔ)器進(jìn)行單、雙或四字存取。

TS系列處理器IALU支持循環(huán)尋址操作的循環(huán)緩沖器，循環(huán)尋址方式為數(shù)字信號(hào)處理中經(jīng)常出現(xiàn)的如濾波、相關(guān)、卷積、FFT等提供了高效的編程手段。每個(gè)IALU提供了用于4個(gè)循環(huán)緩沖器的寄存器，因此在應(yīng)用中總共能夠設(shè)立8個(gè)循環(huán)緩沖器。IALU能夠自動(dòng)處理地址指針回繞，因而減少了開銷，提高了性能并簡化了編程過程。

4)程序控制器

TS系列處理器的程序控制器通過向存儲(chǔ)器提供地址的方法來管理程序結(jié)構(gòu)和程序流程。包含于程序控制器之內(nèi)的指令對(duì)齊緩沖器(IAB)存儲(chǔ)了多達(dá)5個(gè)等待執(zhí)行的讀取指令行。該程序控制器從IAB中抽取一個(gè)指令行，并將其分配至適當(dāng)?shù)膬?nèi)核元件以便執(zhí)行。程序控制器的其他功能包括：根據(jù)諸如JUMP、CALL、RTI和RTS等指令來決定流程、遞減循環(huán)計(jì)數(shù)器、處理硬件中斷，并采用分支預(yù)測(cè)和128入口的分支目標(biāo)緩沖器(BTB)來縮短分支延時(shí)，以有效實(shí)現(xiàn)條件和無條件跳轉(zhuǎn)指令的有效執(zhí)行。

5)?DMA控制器

具有14個(gè)DMA通道的TS處理器片上DMA控制器可在無需處理器內(nèi)核干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)零開銷數(shù)據(jù)傳輸。DMA控制器能單獨(dú)工作，且不為DSP內(nèi)核所察覺，從而使得DMA操作能夠在內(nèi)核繼續(xù)執(zhí)行程序指令的同時(shí)正常進(jìn)行。

6)鏈路口

ADSP—TS20XS具有4個(gè)全雙工鏈路口，采用低