6.6数字信号处理硬件 ·数字信号处理器
6.6 数字信号处理硬件 - 数字信号处理器
一、数字信号处理器的发展概况 *1988年以来DSP的市场每年以40%的速 度在增长，已超过了半导体的增长速度。 预计到2007年DSP连同混合信号处理器 件的市场将达到500亿美元。 *2003年DSP的市场为100多亿中国已占 12%0
1988年以来DSP的市场每年以40%的速 度在增长，已超过了半导体的增长速度。 预计到2007年DSP连同混合信号处理器 件的市场将达到500亿美元。 2003年DSP的市场为100多亿中国已占 12%。 一、数字信号处理器的发展概况
数字信号处理器(DSP)的典型应用 自动化控制 消费电子 电子通信 导航和全球定位 数字无线收音机和电视机 自适应均衡 振动分析 智能玩具 ADPCM变换编码器 声控 数字留言机 蜂窝电话 磁盘驱动控制 扫描仪 频道复合 激光打印控制 洗衣机 数字语音嵌入 机器人控制 机顶盒 IP电话 自动驾驶 VCD/DVD 无线调制解调器 可视电话 传真机 空调 语音 图形/图象 工业应用 语音综合 3-D旋转 数字控制 语音增强 图象压缩与传输 安全通道 语音辨识 图象增强 机器人技术 语音编码 图象识别 在线监控 语音邮件 文本至语音转换 仪器 医疗器件 军事器件 数字滤波器 诊断设备 图象处理器 函数发生器 胎儿监听器 导弹制导 锁相环 助听器 导航 瞬时分析仪 病情监控器 雷达处理器 频谱分析仪 心电/脑电 保密通信 数据采集 超声设备
数字信号处理器(DSP)的典型应用 自动化控制 消费电子 电子通信 导航和全球定位 数字无线收音机和电视机 自适应均衡 振动分析 智能玩具 ADPCM 变换编码器 声控 数字留言机 蜂窝电话 磁盘驱动控制 扫描仪 频道复合 激光打印控制 洗衣机 数字语音嵌入 机器人控制 机顶盒 IP 电话 自动驾驶 VCD/DVD 无线调制解调器 可视电话 传真机 空调 语 音 图形/图象 工业应用 语音综合 3-D 旋转 数字控制 语音增强 图象压缩与传输 安全通道 语音辨识 图象增强 机器人技术 语音编码 图象识别 在线监控 语音邮件 文本至语音转换 仪 器 医疗器件 军事器件 数字滤波器 诊断设备 图象处理器 函数发生器 胎儿监听器 导弹制导 锁相环 助听器 导航 瞬时分析仪 病情监控器 雷达处理器 频谱分析仪 心电/脑电 保密通信 数据采集 超声设备
1979年美国Intel.公司发布的商用可编程器件2920是DSP 芯片 1980年，日本NEC公司推出的μPD7720是第一个具有 乘法器的商用DSP芯片。 *MOTOROLA的DSP56和DSP96系列，AD(模拟器件)公 司的ADSP2100系列以及AT&T的DSP16和DSP32系列。 *TI公司在1982年成功推出其第一代DSP芯片TMS32010 及其系列产品之后相继推出了一系列DSP芯片
1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP 芯片 1980 年，日本 NEC 公司推出的μP D7720是第一个具有 乘法器的商用 DSP 芯片。 MOTOROLA的DSP56和DSP96系列，AD（模拟器件）公 司的ADSP2100系列以及AT&T的DSP16和DSP32系列。 TI 公司在1982年成功推出其第一代 DSP 芯片 TMS32010 及其系列产品之后相继推出了一系列DSP芯片
最早问世的6种DSP Intel 2920 AMIS NEC TI Fujitsu STC 28211 upD7720 TMS320010 MB8764 DSP128 面世年份 1979 1984 1981 1982 1984 1985 指令周期 400 300 250 200 100 320 (ns) 制造工艺 3umE/D 3um NMOS 3um 3um SMOS CMOS NMOS NMOS NMOS 功耗(W) 0.8 0.8 0.9 0.9 0.3 1.3 88-pin 封装 68- 28-pin DIP 28-pin DIP 28-pin DIP 40-pin DIP grid countact array
最早问世的6种DSP Intel 2920 AMIS 28211 NEC upD7720 TI TMS320010 Fujitsu MB8764 STC DSP128 面世年份 1979 1984 1981 1982 1984 1985 指令周期 （ns） 400 300 250 200 100 320 制造工艺 NMOS 3um NMOS 3umE/D NMOS 3um SMOS CMOS 3um NMOS 功耗（W） 0.8 0.8 0.9 0.9 0.3 1.3 封装 28-pin DIP 28-pin DIP 28-pin DIP 40-pin DIP 88-pin grid array 68- countact
从运算速度来看，MAC（乘法/累加)时间已经从20世 纪80年代初的400ns(如TMS32010)降低到10ns以下 DSP芯片内部关键的乘法器部件从1980年的占模片区 (die area)的4o%左右下降到5%以下，先进的DSP芯片 的片内已含有多个乘法器部件和算术逻辑单元，片内 RAM的数量也增加了一个数量级以上。 *1980年采用4μm NMOS.工艺，而现在则普遍采用亚微 米(Micron)CMOS工艺
从运算速度来看，MAC（乘法/累加）时间已经从20世 纪80年代初的400ns（如TMS32010）降低到10ns以下 DSP芯片内部关键的乘法器部件从1980年的占模片区 （die area）的40%左右下降到5%以下，先进的DSP芯片 的片内已含有多个乘法器部件和算术逻辑单元，片内 RAM的数量也增加了一个数量级以上。 1980年采用4μm NMOS工艺，而现在则普遍采用亚微 米（Micron）CMOS工艺
每隔10年DSP芯片的发展 年份 1982 1992(97) 2002 口 工艺线宽(um) 3 0.8(0.35) 0.18 ▣ MAC*(MIPS) 5 40(100) 2G 时钟(MH) 20 80(200) 500 ▣ RAM (Words) 144 1K 16K ▣ ROM (Words) 1.5K 4K 64K 价格（美元） 150 15 1.5 ▣ 功耗(mv/MIPS)250 12.5 0.1 晶体管数 50K 500 5M 硅片尺寸 3英寸 6英寸(8英寸)12英寸* 做一次乘法和累加计算的时间
每隔10年DSP芯片的发展 年份 1982 1992（97） 2002 工艺线宽（um） 3 0.8（0.35） 0.18 MAC*（MIPS） 5 40（100） 2G 时钟（MH） 20 80（200） 500 RAM（Words） 144 1K 16K ROM（Words） 1.5K 4K 64K 价格（美元） 150 15 1.5 功耗（mv/MIPS）250 12.5 0.1 晶体管数 50K 500 5M 硅片尺寸 3英寸 6英寸(8英寸) 12英寸* 做一次乘法和累加计算的时间
二、DSP的特点 *)采用哈佛(Harvard)总线结构。 与哈佛结构相关，DSP芯片广泛 采用流水线操作以减少指令执行 时间
1)采用哈佛（Harvard）总线结构。 与哈佛结构相关，DSP芯片广泛 采用流水线操作以减少指令执行 时间 二、DSP的特点
IR 指令1 LDA ADR1 PC 指令2 STA ADR2 指令3 STA ADR3 CPU OP1 ADR1 IR:指令寄存器 ADR2 PC: 程序计数器 ADR3 (a) 从存储器取指令的过程 冯氏结构
冯氏结构
时钟 ΠΠΠL1 I DA.ADR1 :取指令译码：执行 STA ADR2 :取指令：译码：执行 STA ADR3 :取指令译码执行 (b)指令流的定时关系 图13冯诺依曼结构处理方式示意图