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第 2 章 DSP 芯片 2.1 DSP 芯片的结构与特点 DSP 芯片，中文全称是数字信号处理芯片，也称数字信号处理器，是一种高性能微处理 器，特别适合于进行 DSP 运算，是快速实现各种 DSP 算法的最佳选择。 DSP 芯片的基本结构大致可以分为中央处理单元(CPU)、总线、存储器以及片内集成外 设与专用硬件电路四大部分。 DSP 芯片的 CPU，通常可称为 DSP 内核或 DSP 核(DSP core)，主要包括算术逻辑单元 (ALU)、乘累加单元(MAC)、累加器(ACC)、移位寄存器和寻址单元等。 DSP 芯片的存储器包括片内 RAM 、ROM 、FLASH 等。 DSP 芯片外设与专用硬件电路包括各种类型的串行通信接口、主机通信接口、定时器、 时钟发生器、锁相环以及各种控制电路。 DSP 芯片的总线在 CPU 与存储器、外设和专用硬件电路等部分之间传送指令和数据，起 到桥梁的作用。 图2-1 给出了一个具有典型特点的 DSP 芯片结构框图。 图2-1 具有典型特点的 DSP 芯片结构框图 一般微处理器的 CPU 都采用冯·诺依曼(Von Neuman)结构设计，如图 2-2 所示。在这种 结构中，程序指令与数据共享同一个存储空间，统一编址、依靠指令计数器提供的地址来区分 指令和数据，采用同一组地址总线和数据总线访问。这种设计便于硬件实现和管理，但每次在 读取指令后，还需要通过同一组总线来取数，数据传输效率不高。 8 图2-2 冯·诺依曼结构 DSP 芯片的总线结构一般采用哈佛结构，如图 2-3 所示。哈佛结构是不同于传统的 冯·诺依曼结构的并行体系结构，其主要特点是设置了分开的程序总线和数据总线，可独立访 问，提高了数据的吞吐率。 图2-3 哈佛结构 由于采用特殊的总线结构和内核，DSP 芯片具有如下一些主要特点： （1）在一个指令周期内可以同时完成一次乘法和一次加法； （2 ）采用程序空间和数据空间分开的结构，可以同时访问指令和数据； （3 ）芯片内部具有快速的 RAM ，通常可通过独立的数据总线在两块RAM 中同时访问； （4 ）硬件支持低开销或无开销循环及跳转； （5 ）支持快速的中断处理和硬件I/O ； （6 ）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； （7 ）提供并行指令，可以并行执行多个操作； （8 ）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以并行执行。 早期的 DSP 芯片侧重于信号处理的运算能力，因此，与通用的微处理器相比，其接口等 功能相对较弱一些。但是，近年来新推出的 DSP 芯片的功能和性能大大提升，有些芯片已经 将通用微处理器的一些功能集成在芯片中，有些芯片甚至将微处理器与 DSP 核集成在一个芯 片中，各自完成其擅长的功能。 2.2 DSP 芯片的发展 世界上第一片单片 DSP 芯片应当是 1978 年 AMI 公司宣布的 S2811 ，1979 年美国 Intel 公司宣布的商用可编程器件 2920 是 DSP 芯片的一个主要里程碑。这两种芯片内部都没有现代 DSP 芯片所必须有的单周期乘法器。1980 年，日本 NEC 公司推出的μPD7720 是第一片具有 乘法器的商用 DSP 芯片。 9 第一家采用 CMOS 工艺生产浮点 DSP 芯片的是日本的 Hitachi 公司，该公司于 1982 年 推出了浮点 DSP 芯片。1983 年，日本 Fujitsu 公司推出的 MB8764 ，其指令周期为 120ns，且 具有双内部总线，从而使处理器的吞