DSP公司各主流芯片比较

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1、DSP 公司各主流芯片比较 引言 DSP 芯片也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器具，其主机应用是实时快速地实现各类数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP 芯片通常具有如下要紧特点：（1）在一个指令周期内可完成一次乘法与一次加法；（2）程序与数据空间分开，能够同时访问指令与数据；（3）片内具有快速 RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；（4）具有低开销或者无开销循环及跳转的硬件支持；（5）快速的中断处理与硬件 I/O 支持；（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；（7）能够并行执行多个操作；（8）支持流水线操作，使取指、译码与执行等操作

2、能够重叠执行。在我们设计 DSP 应用系统时，DSP 芯片选型是非常重要的一个环节。在 DSP 系统硬件设计中只有选定了 DSP 芯片，才能进一步设计其外围电路及系统的其他电路。因此说，DSP 芯片的选择应根据应用系统的实际需要而确定，做到既能满足使用要求，又不浪费资源，从而也达到成本最小化的目的。DSP 实时系统设计与开发流程如图 1 所示。要紧 DSP 芯片厂商及其产品 德州仪器公司 众所周知，美国德州仪器（Texas Instruments，TI）是世界上最知名的 DSP 芯片生产厂商，其产品应用也最广泛，TI 公司生产的 TMS320 系列 DSP 芯片广泛应用于各个领域。TI 公司在

3、 1982年成功推出了其第一代 DSP 芯片 TMS32010，这是 DSP 应用历史上的一个里程碑，从此，DSP芯片开始得到真正的广泛应用。由于 TMS320 系列 DSP 芯片具有价格低廉、简单易用、功能强大等特点，因此逐步成为目前最有影响、最为成功的 DSP 系列处理器。目前，TI 公司在市场上要紧有三大系列产品：（1）面向数字操纵、运动操纵的 TMS320C2000 系列，要紧包含 TMS320C24x/F24x、TMS320LC240 x/LF240 x、TMS320C24xA/LF240 xA、TMS320C28xx 等。（2）面向低功耗、手持设备、无线终端应用的 TMS320C5

4、000 系列，要紧包含 TMS320C54x、TMS320C54xx、TMS320C55x 等。（3）面向高性能、多功能、复杂应用领域的 TMS320C6000 系列，要紧包含 TMS320C62xx、TMS320C64xx、TMS320C67xx 等。美国模拟器件公司 ADI 公司在 DSP 芯片市场上也占有一定的份额，相继推出了一系列具有自己特点的 DSP 芯片，其定 点DSP芯 片 有ADSP2101/2103/2105、ADSP2111/2115、ADSP2126/2162/2164、ADSP2127/2181、ADSP-BF532 与 Blackfin 系列，浮点 DSP 芯片有 A

5、DSP21000/21020、ADSP21060/21062，与虎鲨 TS101，TS201S。Motorola 公司 Motorola 公司推出的 DSP 芯片比较晚。1986 年该公司推出了定点 DSP 处理器 MC56001；1990年，又 推出了与 IEEE 浮点格式兼容的的浮点 DSP 芯片 MC96002。还有 DSP53611、16 位 DSP56800、24 位的 DSP563XX 与 MSC8101 等产品。杰尔公司 杰尔公司的 SC1000 与 SC2000 两大系列的嵌入式 DSP 内核，要紧面向电信基础设施、移动通信、多媒体服务器及其它新兴应用。DSP 芯片的选型参数

6、根据应用场合与设计目标的不一致，选择 DSP 芯片的侧重点也各不相同，其要紧参数包含下列几个方面：（1）运算速度：首先我们要确定数字信号处理的算法，算法确定以后其运算量与完成时间也就大体确定了，根据运算量及其时间要求就能够估算 DSP 芯片运算速度的下限。在选择 DSP 芯片时，各个芯片运算速度的衡量标准要紧有：MIPS(Millions of Instructions Per Second)，百万条指令/秒，通常 DSP 为 20100MIPS，使用超长指令字的 TMS320B2XX 为 2400MIPS。务必指出的是这是定点 DSP 芯片运算速度的衡量指标，应注意的是，厂家提供的该指标通常

7、是指峰值指标，因此，系统设计时应留有一定的裕量。MOPS(Millions of Operations Per Second)，每秒执行百万操作。这个指标的问题是什么是一次操作，通常操作包含 CPU 操作外，还包含地址计算、DMA 访问数据传输、I/O 操作等。通常说 MOPS越高意味着乘积-累加与运算速度越快。MOPS 能够对 DSP 芯片的性能进行综合描述。MFLOPS（Million Floating Point Operations Per Second），百万次浮点操作/秒，这是衡量浮点DSP 芯片的重要指标。比如 TMS320C31 在主频为 40MHz 时，处理能力为 40MFL

8、OPS，TMS320C6701 在指令周期为 6ns 时，单精度运算可达 1GFLOPS。浮点操作包含浮点乘法、加法、减法、存储等操作。应注意的是，厂家提供的该指标通常是指峰值指标，因此，系统设计时应注意留有一定的裕量。MBPS(Million Bit Per Second)，它是对总线与 I/O 口数据吞吐率的度量，也就是某个总线或者 I/O的带宽。比如对 TMS320C6XXX、200MHz 时钟、32bit 总线时，总线数据吞吐率则为 800Mbyte/s或者 6400MBPS。ACS（Multiply-Accumulates Per Second），比 如TMS320C6XXX乘 加

9、速 度 达300MMACS600MMACS。指令周期，即执行一条指令所需的时间，通常以 ns（纳秒）为单位，如 TMS320LC549-80 在主频为 80MHz 是的指令周期为 12.5ns。MAC 时间，执行一次乘法与加法运算所花费的时间：大多数 DSP 芯片能够在一个指令周期内完成一次 MAC 运算。FFT/FIR 执行时间，运行一个 N 点 FFT 或者 N 点 FIR 程序的运算时间。由于 FFT 运算/FIR 运算是数字信号处理的一个典型算法，因此，该指标能够作为衡量芯片性能的综合指标。表 1 是基于上述某些参数对一些 DSP 芯片所作的比较。（2）运算精度：通常情况下，浮点 DS

10、P 芯片的运算精度要高于定点 DSP 芯片的运算精度，但是功耗与价格也随之上升。通常定点 DSP 芯片的字长为 16 位、24 位或者者 32 位，浮点芯片的字长为 32 位。累加器通常都为 32 位或者 40 位。定点 DSP 的特点是主频高、速度快、成本低、功耗小，要紧用于计算复杂度不高的操纵、通信、语音/图像、消费电子产品等领域。通常能够用定点器件解决的问题，尽量用定点器件，由于它经济、速度快、成本低，功耗小。但是在编程时要关注信号的动态范围，在代码中增加限制信号动态范围的定标运算，尽管我们能够通过改进算法来提高运算精度，但是这样做会相应增加程序的复杂度与运算量。浮点 DSP 的速度通常

11、比定点DSP 处理速度低，其成本与功耗都比定点 DSP 高，但是由于其使用了浮点数据格式，因而处理精度，动态范围都远高于定点 DSP，适合于运算复杂度高，精度要求高的应用场合；即使是通常的应用，在对浮点 DSP 进行编程时，不必考虑数据溢出与精度不够的问题，因而编程要比定点 DSP方便、容易。因此说，运算精度要求是一个折衷的问题，需要根据经验等来确定一个最佳的结合点。（3）字长的选择：通常浮点 DSP 芯片都用 32 位的数据字，大多数定点 DSP 芯片是 16 位数据字。而 Motorola 公司定点芯片用 24 位数据字，以便在定点与浮点精度之间取得折衷。字长大小是影响成本的重要因素，它影

12、响芯片的大小、引脚数与存储器的大小，设计时在满足性能指标的条件下，尽可能选用最小的数据字。(4)存储器等片内硬件资源安排：包含存储器的大小，片内存储器的数量，总线寻址空间等。片内存储器的大小决定了芯片运行速度与成本，比如 TI 公司同一系列的 DSP 芯片，不一致种类芯片存储器的配置等硬件资源各不相同。通过对算法程序与应用目标的认真分析能够大体判定对 DSP芯片片内资源的要求。几个重要的考虑因素是片内 RAM 与 ROM 的数量、可否外扩存储器、总线接口/中断/串行口等是否够用、是否具有 A/D 转换等。（5）开发调试工具：完善、方便的的开发工具与有关支持软件是开发大型、复杂 DSP 系统的必

13、备条件，对缩短产品的开发周期有很重要的作用。开发工具包含软件与硬件两部分。软件开发工具要紧包含：C 编译器、汇编器、链接器、程序库、软件仿真器等，在确定 DSP 算法后，编写的程序代码通过软件仿真器进行仿真运行，来确定必要的性能指标。硬件开发工具包含在线硬件仿真器与系统开发板。在线硬件仿真器通常是 JTAG 周边扫描接口板，能够对设计的硬件进行在线调试；在硬件系统完成之前，不一致功能的开发板上实时运行设计的 DSP 软件，能够提高开发效率。甚至在有的数量小的产品中，直接将开发板当作最终产品。（6）功耗与电源管理：通常来说个人数字产品、便携设备与户外设备等对功耗有特殊要求，因此这也是一个该考虑的

14、问题。它通常包含供电电压的选择与电源的管理功能。供电电压通常取得比较低，实施芯片的低电压供电，通常有 3.3V、2.5V，1.8V，0.9V 等，在同样的时钟频率下，它们的功耗将远远低于 5V 供电电压的芯片。加强了对电源的管理后，通常用休眠、等待模式等方式节约功率消耗。比如 TI 公司提供了全面的、功能随指令类型与处理器配置而改变的应用说明。（7）价格及厂家的售后服务因素：价格包含 DSP 芯片的价格与开发工具的价格。假如使用昂贵的 DSP 芯片，即使性能再高，其应用范围也确信受到一定的限制。但低价位的芯片必定是功能较少、片内存储器少、性能上差一些的，这就带给编程一定的困难。因此，要根据实际

15、系统的应用情况，确定一个价格适中的 DSP 芯片。还要充分考虑厂家提供的的售后服务等因素，良好的售后技术支持也是开发过程中重要资源。（8）其他因素：包含 DSP 芯片的封装形式、环境要求、供货周期、生命周期等。DSP 应用选型举例 面向数字操纵、运动操纵的 DSP 系统开发的 DSP 芯片选型 面向数字操纵、运动操纵要紧有磁盘驱动操纵、引擎操纵、激光打印机操纵、喷绘机操纵、马达操纵、电力系统操纵、机器人操纵、高精度伺服系统操纵、数控机床等。当然这些要紧是针对数字运动操纵系统设计的应用，在这些系统的操纵中，不仅要求有专门用于数字操纵系统的外设电路，而且要求芯片具有数字信号处理器的通常特征。比如在

16、操纵直流无刷电动机的 DSP 操纵系统中，直流无刷电机运行过程要进行两种操纵，一种是转速操纵，也即操纵提供给定子线圈的电流；另一种是换相操纵，在转子到达指定位置改变定子导通相，实现定子磁场改变，这种操纵实际上实现了物理电刷的机制。因此这种电机需要有位置反馈机制，比如霍尔元件、光电码盘，或者者利用梯形反电动势特点进行反电动势过零检测等。电机速度操纵也是根据位置反馈信号，计算出转子速度，再利用 PI 或者 PID 等操纵方法，实时调整 PWM 占空比等来实现定子电流调节。因此，操纵芯片要进行较多的计算过程。当然也有专门的直流无刷电机操纵芯片；但通常来说，在大多数应用中，除了电机操纵，总还需要做一些

17、其他的操纵与通信等情况，因此，选用带 PWM，同时又有较强数学运算功能的芯片也是一种很好的选择。Motorola 的数字信号处理器 DSP568xx 系列整合了通用数字信号处理器快速运算功能与单片机外围丰富的特点，使得该系列特别适合于那些要求有较强的数据处理能力，同时又要有较多操纵功能的应用中，对直流无刷电机的操纵就是这一系列 DSP 的典型应用之一。除此之外，数字运动控领域还有 TI 公司的 TMS320C24x 系列，TMS320Lx240 xx 系列，特别是TMS320LF2407A 在操纵方面得到了非常广泛的应用，TMS320LF2407A 作为一款专门面向数字操纵系统进行优化的通用可

18、编程微处理器，不仅具有低功耗与代码保密的特点，而且它集成了极强的数字信号处理能力，又集成了数字操纵系统所必需的输入、输出、A/D 转换、事件捕捉等外设，其时钟频率为 40MHz，指令周期小于 50ns，使用改进的哈佛结构与流水线技术，在一个指令周期内能够执行几条指令。从运行速度，精度角度来讲上述两款芯片相差无几，但是 TMS320LF2407A 的调试开发环境（CCS）更加成熟，可参考的资料也更丰富，这样无疑会减少开发周期。面向低功耗、手持设备、无线终 端应用的 DSP 芯片选型 C54X、C54XX、C55X 相比其它系列的要紧特点是低功耗，因此最适合个人与便携式上网与无线通信应用，如手机、

19、PDA、GPS 等应用。处理速度在 80400MIPS 之间。C54XX 与 C55XX 通常只具有 McBSP 同步串口、HPI 并行接口、定时器、DMA 等外设。值得注意的是 C55XX 提供了 EMIF外部存储器扩展接口，能够直接使用 SDRAM，而 C54XX 则不能直接使用。未来 DSP 进展趋势 在相当长的时期内，无线应用仍将是可编程 DSP 市场的驱动引擎。DSP 技术仍将是能够访问窄带、宽带或者是无线互联网的要紧手段，它还是新兴的分组(IP)电话市场的关键技术，DSP 仍将是整个半导体工业的技术驱动力。在产品应用上，目前重要的 DSP 应用产品，如移动电话、调制解调器、HDD

20、等个人计算机与通讯领域应用产品。但种种迹象说明，数字革命促进了高性能 DSP 的广泛应用，如数码相机、VoIP电话与手持电子设备等。中国在消费电子产品上的进展更为引人注目，许多消费类电子产品需要更低成本、更易使用的 DSP 产品，如音响设备、DVR、机顶盒等。整体来看，DSP 应用在通讯领域、数字影音的产品将越来越普及。ADIBlackfin（200MHz1200MHz）DSP 16/32 位系列包含一个高性能双 MAC（乘法累加器）DSP 体系结构，与一个 RISC 技术微处理器结合。带有高级语言编译器，可同意 C、C+语言编写信号处理与操纵代码。运行速度从 300MHz，600MMAC-1

21、GHz，2000MMAC，工作电压为1V 左右。动态电源管理，同意不断调节处理器工作电压与频率以降低实时应用时候的功耗，延长电池使用时间。使用分层结构的内存，缩短了内核对内存的访问时间。功能：可用做视频图像处理器与视频处理子系统。支持多媒体视频功能。用作廉价网络产品。（更适合有一定要求的工业级产品中，供货周期较长，价格高，支持相对较少）TI Davinci（216MHz900MHz）系列 使用 C54+内核的 DM643x 与 DM64x 系列。DM643x 工作在 400500MHz 要紧适用低成本视频应用。DM64x 系列，工作在 900MHz 频率，要紧用于多通道安全监控。DM644x

22、系列则使用 ARM9 与 DSP 内核的 SoC，适合应用于车载娱乐、机顶盒（STB）等；要紧特点：使用内核提供的，具有两个项转换旁路缓存器（）用于指令与数据流，提供独立的字节指令与字节数据，指令与数据都是通过四路连接。有一个字节的写缓冲器。使用通道操纵器，支持、/以太网、/SD/CF/接口等。系统升级成本低。54xx/55xx 系列中低档产品性能 TI 有国内完善的开发商支持，开发成本相对较低一点。若仅仅用于通常产品，TI 的 DSP 更廉价。（1）TMS320C2000 系列。用作操纵的 DSP，1。C20 x16 位定点 DSP，速度为 20MIPS，要紧用途是电话、数字相机、售货机等。

23、其中 C20 x 系列的 DSP 片内的 RAM 通常都比较少。2C24x16 位定点 DSP，速度为 20MIPS，用作数字马达操纵、工业自动化、电力转换系统、空调等。在降低成本的同时，实现更加小型化、更具智能性与更加完善的产品设计。（2）TMS320C5000 系列 是一种低功耗高性能 DSP，16 位定点，速度为 40MIPS200MIPS。要紧用途是有钱与无限通信、IP、便携式信息系统、寻呼机、助听器等。价格为 5 美元75 美元。C5402速度为 100MIPS，RAM 为 16kX16bit，ROM 为 4kX16bit。C5420，双核，200MIPS。200kX16bit 片内

24、 RAM 功耗 0.32mA/MIPS TMS320C6000 DSPs$6.65 in 1ku quantity TMS320C6205-200 只卖 90RMB Freescale DSP56800(40MHz120MHz)核心包含一个硬件移位器、24 位寻址、高速缓存与 DMA，并提供 100MMACS 使用内部 100MHz工作频率，工作电压 3.0-3.6V。功能：使用 DSP56800 内核的系列器件应用于电信，如多线语音/数据/传真处理、视频会议、音频应用、操纵与数字信号处理。要紧特点：16 位 DSP 内核由程序操纵器、地址生成单元、数据算术逻辑单元、位运算单元 4个并行执行的

25、功能单元构成，每一单元都通过内核内部地址与数据总线与其他单元、存储器与存储器映射外设连接。内核使用流水式针对高效 DSP 处理、紧凑 DSP 与操纵器代码尺寸与优异的编译器性能而优化。支持不一致的存储器配置，内核外围也可添加范围广泛的标准外设，如串行端口、通行定时器、通用 I/O 端口，且每种外设也可通过标准外设接口总线与内核连接。Microchip 单片机 Microchip 公司的 PIC 系列单片机的核心是 RISC 结构微处理机，指令集小二简单易学。PIC 系列的两种总线使用不一致长度，其数据总线保持 8 位与 CPU 处理能力一致。品种多，选择余地大。低、中、高三档 100 多种芯片中，引脚从 6 脚到 84 脚、程序存储器容量从几百B到一百多KB不等。I/O驱动能力强，通常都在20mA以上，有的甚至能够达到60mA，往往足以直接驱动 LED 类输出器件，从而可使设计者简化外部驱动电路。功耗低、程序加密性能好、时钟频率范围宽、性能价格比高等优点。