DSP芯片加工及选型参数
令周期,即执行一条令所需的时间,通常以ns(纳秒)为单位,如TMS320LC549-80在主频为80MHz是的令周期为12.5ns。
MAC时间,执行一次乘法和加法运算所花费的时间:大多数DSP芯片可以在一个指令周期内完成一次MAC运算。
FFT/FIR执行时间,运行一个N点FFT或N点FIR程序的运算时间。由于FFT运算/FIR运算是数字信号处理的一个典型算法,因此,该指标可以作为衡量芯片性能的综合指标。
表1是基于上述某些参数对一些DSP芯片所作的比较。
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(2)运算精度: 一般情况下,浮点DSP芯片的运算精度要高于定点DSP芯片的运算精度,但是功耗和价格也随之上升。一般定点DSP芯片的字长为16位、24位或者32位,浮点芯片的字长为32位。累加器一般都为32位或40位。 定点DSP的特点是主频高、速度快、成本低、功耗小,主要用于计算复杂度不高的控制、通信、语音/图像、消费电子产品等领域。通常可以用定点器件解决的问题,尽量用定点器件,因为它经济、速度快、成本低,功耗小。但是在编程时要关注信号的动态范围,在代码中增加限制信号动态范围的定标运算,虽然我们可以通过改进算法来提高运算精度,但是这样做会相应增加程序的复杂度和运算量。浮点DSP的速度一般比定点DSP处理速度低,其成本和功耗都比定点DSP高,但是由于其采用了浮点数据格式,因而处理精度,动态范围都远高于定点DSP,适合于运算复杂度高,精度要求高的应用场合;即使是一般的应用,在对浮点DSP进行编程时,不必考虑数据溢出和精度不够的问题,因而编程要比定点DSP方便、容易。因此说,运算精度要求是一个折衷的问题,需要根据经验等来确定一个最佳的结合点。
(3)字长的选择:一般浮点DSP芯片都用32位的数据字,大多数定点DSP芯片是16位数据字。而Motorola公司定点芯片用24位数据字,以便在定点和浮点精度之间取得折衷。字长大小是影响成本的重要因素,它影响芯片的大小、引脚数以及存储器的大小,设计时在满足性能指标的条件下,尽可能选用最小的数据字。
(4)存储器等片内硬件资源安排:包括存储器的大小,片内存储器的数量,总线寻址空间等。片内存储器的大小决定了芯片运行速度和成本,例如TI公司同一系列的DSP芯片,不同种类芯片存储器的配置等硬件资源各不相同。通过对算法程序和应用目标的仔细分析可以大体判定对DSP芯片片内资源的要求。几个重要的考虑因素是片内RAM和ROM的数量、可否外扩存储器、总线接口/中断/串行口等是否够用、是否具有A/D转换等。
(5)开发调试工具:完善、方便的的开发工具和相关支持软件是开发大型、复杂DSP系统的必备条件,对缩短产品的开发周期有很重要的作用。开发工具包括软件和硬件两部分。软件开发工具主要包括:C编译器、汇编器、链接器、程序库、软件仿真器等,在确定DSP算法后,编写的程序代码通过软件仿真器进行仿真运行,来确定必要的性能指标。硬件开发工具包括在线硬件仿真器和系统开发板。在线硬件仿真器通常是JTAG周边扫描接口板,可以对设计的硬件进行在线调试;在硬件系统完成之前,不同功能的开发板上实时运行设计的DSP软件,可以提高开发效率。甚至在有的数量小的产品中,直接将开发板当作最终产品。
(6)功耗与电源管理:一般来说个人数字产品、便携设备和户外设备等对功耗有特殊要求,因此这也是一个该考虑的问题。它通常包括供电电压的选择和电源的管理功能。供电电压一般取得比较低,实施芯片的低电压供电,通常有3.3V、2.5V,1.8V,0.9V等,在同样的时钟频率下,它们的功耗将远远低于5V供电电压的芯片。加强了对电源的管理后,通常用休眠、等待模式等方式节省功率消耗。例如TI公司提供了详细的、功能随指令类型和处理器配置而改变的应用说明。
(7)价格及厂家的售后服务因素:价格包括DSP芯片的价格和开发工具的价格。如果采用昂贵的DSP芯片,即使性能再高,其应用范围也肯定受到一定的限制。但低价位的芯片必然是功能较少、片内存储器少、性能上差一些的,这就带给编程一定的困难。因此,要根据实际系统的应用情况,确定一个价格适中的DSP芯片。还要充分考虑厂家提供的的售后服务等因素,良好的售后技术支持也是开发过程中重要资源。
(8)其他因素:包括DSP芯片的封装形式、环境要求、供货周期、生命周期等。
DSP应用选型举例
面向数字控制、运动控制的DSP 系统开发的DSP芯片选型
面向数字控制、运动控制主要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打印机控制、喷绘机控制、马达控制、电力系统控制、机器人控制、高精度伺服系统控制、数控机床等。当然这些主要是针对数字运动控制系统设计的应用,在这些系
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