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概述3 Y/ l- T" U8 x
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。8 a/ H; {1 I! n: t
增强型 DSP
( l/ ^, o6 k2 {6 D6 N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。- `! E( ]3 P. r; K- ]' k0 S
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。# B* ~, B7 w& ?2 Y8 Q% Q- ^
VLIW 结构
; q: |7 q% b7 J5 H: I+ l, k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）。
$ ^. S$ D: D' z0 v超标量体
7 z. G. d A& W' i/ x超标量体系结构) p8 I; ~$ \& ~2 |$ N; c9 T! T, N
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! s+ ^, H6 v1 f6 ~0 I2 C. O4 x
ZSP164xx。 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。
5 N/ V0 Y: R$ H4 g9 h6 p4 X/ Z1 {SIMD# ^$ f) R( H3 U+ S0 d4 V
结构. J) [6 J6 D, C. k! S# I
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。
% n- C2 W+ Q! U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Analog5 L' | J8 C6 g- {- n1 r; D% Z) K
Devices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。
2 T4 {' t' G6 b% X1 i/ a混合结构
% t0 g {4 `2 C K. @* D) n+ V- LDSP/微控制器的混合结构1 C, E1 t Q" ?9 X8 L7 a& v( w' C
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：2 ~2 ^* G7 f( F
·在一个结上集成多种处理器，如MotorolaDSP5665x8 N+ w l( |; n/ q6 v
·DSP作为协处理器，如ARMPiccolo3 b) V& b! C) C1 U
·DSP核移值到已有的位处理器，如SH－DSP
0 g0 B9 h, C3 M+ Y' S' O8 d: H·微控制器与已有的DSP集成在一起，如TMS320C27xx4 X1 y- {( C: {7 d) \$ v
·全部新的设计，如TriCore' H: ~( b' F0 [5 u
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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发表于 2021-9-8 09:24
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