DSP架构介绍

xiaoming11

* L# k' z# w$ r概述
最近两年，DSP处理器的更高性能由于不能从 传统结构中得到解决，因此提出了各种提高性能的策略。其中提高 时钟频率似乎是有限的，最好的方法是提高 并行性。提高操作 并行性，可以由两个途径实现：提高每条指令执行的操作的数量，或者是提高每个 指令周期中执行的指令的数量。这两种并行要求产生了多种DSPs新结构。
6 y4 Y  k# S7 ?* Q7 I增强型 DSP
以前，DSP处理器使用复杂的、混合的指令集，使 编程者可以把多个操作编码在一条指令中。传统上DSP处理器在一条 指令周期只发射并执行一条指令。这种单流、复杂指令的方法使得DSP处理器获得很强大的性能而无需大量的内存。
" n. w+ P: N# i. a" @9 l在保持DSP结构和上述 指令集不变的情况下，要提高每个指令的工作量，其中的一个办法是用额外的执行单元和增加 数据通路。例如，一些高端的DSP有两个乘法器，而不是一个。我们把使用这种方法的DSP叫做撛銮啃统9妫模樱袛，因为它们的结构与前一代的DSP相似，但性能在增加执行单元后大大 增强了。当然， 指令集必须也同时 增强，这样 编程者才能在一条指令中指定更多的并行操作，以利用额外的硬件。增强型DSPs的例子有朗讯公司的DSP16000，ADI的ADSP2116x。增强型DSPs的优点是兼容性好，而且与较早的DSP具有相似的成本和功耗。缺点是结构复杂、指令复杂，进一步发展有限。
VLIW 结构
6 c9 i# L" q; H  s2 M' J& D+ M# [- W& I如前所述，传统上的DSP处理器使用复杂的混合指令，并在一条指令循环中只流出和执行一条指令。然而，最近有些DSP采用一种更RISC化的 指令集，并且在一条 指令周期执行多条指令，使用大的统一的寄存器堆。例如，Siemems的CARMel、Philips的TriMedia和TI的TMS320C62XX处理器族都使用了超长 指令字（VLIW）结构。C62xx处理器每次取一个256位的指令包，把包解析为8个32位的指令，然后把它们引到其8个独立的执行单元。在最好的情况下，C62xx同时执行8个指令枣这种情况下达到了极高的MIPS率（如1600MIPS）。VLIW结构的优点是高性能、结构规整（潜在的易 编程和好的目标 编译系统）。缺点是高功耗、代码膨胀－需要宽的 程序存储器、新的 编程/编译困难（需跟踪指令安排，易破坏流水线使性能下降）。
超标量体
超标量体系结构
; o' V2 n* x) I5 o) V% `8 s% U/ u象VLIW处理器一样，超标量体系结构并行地流出和执行多个指令。但跟VLIW处理器不同的是，超标量体系结构不清楚指定需要 并行处理的指令，而是使用动态指令规划，根据处理器可用的资源，数据依赖性和其他的因素来决定哪些指令要被同时执行。超标量体系结构已经长期用于高性能的通用处理器中，如Pentium和PowerPC。最近，ZSP公司开发出第一个商业的超标量体系结构的DSP
$ y4 h/ N4 N  i' `3 r; h5 p; YZSP164xx。 超标量结构的优点是性能有大的跨越、结构规整、代码宽度没有明显增长。缺点是非常高的功耗、指令的动态安排使 代码优化困难。
SIMD
结构
单指令多数据流（SIMD）处理器把输入的长的数据分解为多个较短的数据，然后由单指令并行地操作，从而提高处理海量、可分解数据的能力。该技术能大幅度地提高在 多媒体和 信号处理中大量使用的一些矢量操作的计算速度，如坐标 变换和旋转。
2 ~# K0 `, c8 d0 {通用处理器SIMD 增强的两个例子是Pentium的MMX扩展和PowerPC族的 AltiVec扩展。simd在一些高性能的DSP处理器中也有应用。例如，DSP16000在其数据路中支持有限的SIMD风格的操作，而Analog
; q! a' B6 n. w  `7 k3 RDevices最近推出了有名的SHARC的新一代DSP处理器，进行了SIMD能力的扩展。SIMD结构由于使 总线、数据通道等资源充分使用，并无需改变 信号处理（含图象、语音）算法的基本结构，因此SIMD结构使用越来越普遍。SIMD结构遇到的问题是算法、 数据结构必须满足数据 并行处理的要求，为了加速，循环常常需要被拆开，处理数据需要重新安排调整。通常SIMD仅支持定点运算。
混合结构
+ p, M- s: H; r. k: P# aDSP/微控制器的混合结构
许多的应用需要以控制为主的 软件和DSP软件的混合。一个明显的例子是数字 蜂窝电话，因为其中有监控和 语音处理的工作。一般地， 微处理器在控制上能提供良好的性能而在DSP性能上则很糟，专用的DSP处理器的特性则刚好相反。因此，最近有一些 微处理器产商开始提供DSP 增强版本的微处理器。用单处理器完成两种 软件的任务是很有吸引力的，因为其可以潜在地提供简化设计，节省版面空间，降低总功耗，降低系统成本等。DSP和 微处理器结合的方法有：
·在一个结上集成多种处理器，如MotorolaDSP5665x
·DSP作为协处理器，如ARMPiccolo
·DSP核移值到已有的位处理器，如SH－DSP
( y1 d9 Z! N6 A9 Y3 N·微控制器与已有的DSP集成在一起，如TMS320C27xx
·全部新的设计，如TriCore
" v9 H, [/ a, D8 K" y" m. p6 ~随着对DSP能力需求的提高，DSP处理器结构正在进行新的和革新的设计，DSP、mcu、CPU的结构优点相互借用。

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guanshen

有些DSP采用一种更RISC化的 指令集，并且在一条 指令周期执行多条指令，使用大的统一的寄存器堆