資料介紹
按照傳統(tǒng)方式,嵌入式應(yīng)用中的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)相對(duì)于主微控制器(MCU)起從屬作用。在這些應(yīng)用中,MCU用作系統(tǒng)控制器,而大量的數(shù)據(jù)處理留給DSP。例如,在音頻或視頻處理應(yīng)用中有可能需要人機(jī)界面管理,或者是整個(gè)系統(tǒng)的控制。
設(shè)計(jì)方案選擇
為完成這些任務(wù),有幾種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇。
第一種方案將DSP和MCU芯片組合在印制電路板(PCB)上。這種方案成本高并且占用面積大,但是可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整每個(gè)芯片的尺寸以最大限度地滿足系統(tǒng)需要。
第二種方案是一種將DSP和MCU組合在單個(gè)封裝內(nèi)的多芯片模塊(MCM)。這種方案的局限性是,設(shè)計(jì)工程師必須按“50/50”的時(shí)間比例分配給控制和DSP功能;例如,一旦DSP超出時(shí)間,MCU將不能完成計(jì)算任務(wù)。像第一種方案選擇一樣,當(dāng)DSP和MCU內(nèi)核獨(dú)立存在時(shí),需要兩套開(kāi)發(fā)工具。
第三種方案是將DSP功能合并到一個(gè)MCU中。這種方案只適合于直接的信號(hào)處理應(yīng)用。MCU的時(shí)鐘頻率和計(jì)算體系結(jié)構(gòu)根本上不太適合大量的數(shù)字處理。有些MCU試圖通過(guò)增加一個(gè)乘法和累加器(MAC)(DSP的一個(gè)特點(diǎn))來(lái)補(bǔ)償上述不足。但是這種方案仍然缺乏高級(jí)應(yīng)用所需要的基本的“由下至上 ”的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。
最近,已經(jīng)出現(xiàn)第四種方案它是將MCU的功能合并到一個(gè)DSP中。這類方案的一個(gè)例子是美國(guó)模擬器件公司(Anolog?。模澹觯椋悖濉。桑睿悖?,簡(jiǎn)稱ADI)的Blackfin? 處理器系列。這些新型處理器具有統(tǒng)一的經(jīng)過(guò)優(yōu)化的體系結(jié)構(gòu),不僅適于數(shù)據(jù)計(jì)算,而且也適于有關(guān)的控制任務(wù)。通過(guò)平衡執(zhí)行控制任務(wù)與復(fù)雜計(jì)算的要求,這種方案可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理的需要,完成100%的控制或者100%的計(jì)算任務(wù)。完成所有這一切任務(wù)不需要在DSP模式和MCU模式之間的模式轉(zhuǎn)換。
?。ǎ簦颍幔睿螅欤幔簦椋铮睢。铮妗。纾颍幔穑瑁椋悖螅?br /> ?。樱螅簦澹怼。茫铮睿簦颍铮臁。拢欤铮悖耄螅较到y(tǒng)控制單元
Emulator?。Α。裕澹螅簟。茫铮睿簦颍铮欤?a href='http://www.www27dydycom.cn/tags/仿真器/' target='_blank' class='arckwlink_none'>仿真器和測(cè)試控制
?。郑铮欤簦幔纾濉。遥澹纾酰欤幔簦椋铮睿?a href='http://www.www27dydycom.cn/tags/穩(wěn)壓電源/' target='_blank' class='arckwlink_none'>穩(wěn)壓電源
Event?。茫铮睿簦颍铮欤欤澹颍绞录刂破?br /> Clock(PLL)=時(shí)鐘
鎖相環(huán)(PLL)
?。停澹恚铮颍。模停粒酱鎯?chǔ)器
直接存儲(chǔ)器存?。ǎ模停粒?br /> Watchdog?。裕椋恚澹颍奖O(jiān)視定時(shí)器
Real?。裕椋恚濉。茫欤铮悖耄?a href='http://www.www27dydycom.cn/tags/實(shí)時(shí)時(shí)鐘/' target='_blank' class='arckwlink_none'>實(shí)時(shí)時(shí)鐘
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?。矗浮。耍隆。桑睿螅簦颍酰悖簦椋铮睢。樱遥粒停茫幔悖瑁澹剑矗浮。耍轮噶?br /> 靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)
和高速緩存
?。常病。耍隆。桑睿螅簦颍酰悖簦椋铮睢。遥希停剑常病。耍轮噶?br /> 只讀存儲(chǔ)器(ROM)
?。常病。耍隆。模幔簦帷。樱遥粒停茫幔悖瑁澹剑常病。耍聰?shù)據(jù)
靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)
和高速緩存
4?。耍隆。樱悖颍幔簦悖瑁穑幔洹。遥粒停剑础。耍?br /> 高速暫存
隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)
?。樱螅簦澹怼。桑睿簦澹颍妫幔悖濉。眨睿椋簦较到y(tǒng)接口單元
External?。停澹恚铮颍。桑睿簦澹颍妫幔悖澹酵獠看鎯?chǔ)器接口
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Parallel?。校澹颍椋穑瑁澹颍幔臁。桑睿簦澹颍妫幔悖澹牵校桑希讲⑿型鈬涌冢ǎ校校桑?br /> 和通用輸入輸出接口(GPIO)
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Timers?。埃保玻蕉〞r(shí)器0,1,2
?。校澹颍椋穑瑁澹颍幔臁。拢欤铮悖耄螅酵鈬O(shè)備單元
一類新型的DSP也提供一套RISC指令系統(tǒng)集、存儲(chǔ)器管理單元、事件控制器和多種外設(shè)以便在一顆單芯片內(nèi)提供大量計(jì)算和高效系統(tǒng)控制功能。
?。模樱信cMCU比較
首先讓我們回顧一下DSP和MCU的典型功能。DSP主要是在一單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)盡可能完成多個(gè)MAC(乘法和累加)操作。為了這一點(diǎn),指令的操作代碼通常是可變的超長(zhǎng)的指令字(VLIW)。DSP也適于工作在緊密、高效的環(huán)路中。另外,為了達(dá)到性能指標(biāo)通常需要編寫優(yōu)化的匯編代碼。由于DSP的算法程序一般裝在小容量、短等待時(shí)間的內(nèi)置存儲(chǔ)器中,所以代碼密度通常不是大問(wèn)題。
像DSP主要用于完成計(jì)算一樣,MCU主要用于完成控制功能。同樣地,典型的MCU應(yīng)用包括許多條件操作,在程序流程中頻繁地跳轉(zhuǎn)。通常使用C或者C++語(yǔ)言編寫程序。代碼密度極為重要,并且根據(jù)編譯代碼的長(zhǎng)度來(lái)評(píng)估算法。存儲(chǔ)器系統(tǒng)是基于高速緩存從而允許該系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師用較長(zhǎng)等待時(shí)間從較大的存儲(chǔ)器中調(diào)用較大程序。利用基于高速緩存系統(tǒng),程序員不需要考慮如何以及何時(shí)將指令輸入到內(nèi)核去執(zhí)行。
設(shè)計(jì)方案選擇
為完成這些任務(wù),有幾種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇。
第一種方案將DSP和MCU芯片組合在印制電路板(PCB)上。這種方案成本高并且占用面積大,但是可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整每個(gè)芯片的尺寸以最大限度地滿足系統(tǒng)需要。
第二種方案是一種將DSP和MCU組合在單個(gè)封裝內(nèi)的多芯片模塊(MCM)。這種方案的局限性是,設(shè)計(jì)工程師必須按“50/50”的時(shí)間比例分配給控制和DSP功能;例如,一旦DSP超出時(shí)間,MCU將不能完成計(jì)算任務(wù)。像第一種方案選擇一樣,當(dāng)DSP和MCU內(nèi)核獨(dú)立存在時(shí),需要兩套開(kāi)發(fā)工具。
第三種方案是將DSP功能合并到一個(gè)MCU中。這種方案只適合于直接的信號(hào)處理應(yīng)用。MCU的時(shí)鐘頻率和計(jì)算體系結(jié)構(gòu)根本上不太適合大量的數(shù)字處理。有些MCU試圖通過(guò)增加一個(gè)乘法和累加器(MAC)(DSP的一個(gè)特點(diǎn))來(lái)補(bǔ)償上述不足。但是這種方案仍然缺乏高級(jí)應(yīng)用所需要的基本的“由下至上 ”的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 。
最近,已經(jīng)出現(xiàn)第四種方案它是將MCU的功能合并到一個(gè)DSP中。這類方案的一個(gè)例子是美國(guó)模擬器件公司(Anolog?。模澹觯椋悖濉。桑睿悖?,簡(jiǎn)稱ADI)的Blackfin? 處理器系列。這些新型處理器具有統(tǒng)一的經(jīng)過(guò)優(yōu)化的體系結(jié)構(gòu),不僅適于數(shù)據(jù)計(jì)算,而且也適于有關(guān)的控制任務(wù)。通過(guò)平衡執(zhí)行控制任務(wù)與復(fù)雜計(jì)算的要求,這種方案可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理的需要,完成100%的控制或者100%的計(jì)算任務(wù)。完成所有這一切任務(wù)不需要在DSP模式和MCU模式之間的模式轉(zhuǎn)換。
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Event?。茫铮睿簦颍铮欤欤澹颍绞录刂破?br /> Clock(PLL)=時(shí)鐘
鎖相環(huán)(PLL)
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和高速緩存
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靜態(tài)存儲(chǔ)器(SRAM)
和高速緩存
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一類新型的DSP也提供一套RISC指令系統(tǒng)集、存儲(chǔ)器管理單元、事件控制器和多種外設(shè)以便在一顆單芯片內(nèi)提供大量計(jì)算和高效系統(tǒng)控制功能。
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首先讓我們回顧一下DSP和MCU的典型功能。DSP主要是在一單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)盡可能完成多個(gè)MAC(乘法和累加)操作。為了這一點(diǎn),指令的操作代碼通常是可變的超長(zhǎng)的指令字(VLIW)。DSP也適于工作在緊密、高效的環(huán)路中。另外,為了達(dá)到性能指標(biāo)通常需要編寫優(yōu)化的匯編代碼。由于DSP的算法程序一般裝在小容量、短等待時(shí)間的內(nèi)置存儲(chǔ)器中,所以代碼密度通常不是大問(wèn)題。
像DSP主要用于完成計(jì)算一樣,MCU主要用于完成控制功能。同樣地,典型的MCU應(yīng)用包括許多條件操作,在程序流程中頻繁地跳轉(zhuǎn)。通常使用C或者C++語(yǔ)言編寫程序。代碼密度極為重要,并且根據(jù)編譯代碼的長(zhǎng)度來(lái)評(píng)估算法。存儲(chǔ)器系統(tǒng)是基于高速緩存從而允許該系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師用較長(zhǎng)等待時(shí)間從較大的存儲(chǔ)器中調(diào)用較大程序。利用基于高速緩存系統(tǒng),程序員不需要考慮如何以及何時(shí)將指令輸入到內(nèi)核去執(zhí)行。
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