SHARC引领第四代通用DSP高端应用潮流

回顾数字信号处理(DSP)技术的发展史，我们可以看到，DSP的发展大致经历了五个阶段：

1)雏形阶段。世界上第一个单片DSP芯片应当是1978年AMI公司发布的S2811，1980年，日本 NEC公司推出的μPD7720是第一个具有乘法器的商用DSP 芯片。

(2)第一代真正意义的DSP。1982年TI公司推出的TMS320ClO是第一代DSP的代表，它是16位定点DSP，首次采用哈佛结构，完成乘累加运算时间为390ns，处理速度较慢。

(3)第二代DSP。1987年Motorola公司（后分离出Freescale半导体公司）推出了24位定点DSP芯片--DSP56001。ADI公司的ADSP-2100、TI公司的TMS320C50、AT&T公司的DSPl6A等也都是第二代DSP产品的典型代表。

(3)第三代DSP。包括第三代定点（ADSP-2180、TMS320C541、DSP56301等），这些产品改进了内部结构，增加了并行处理单元，扩展了内部存储器容量，提高了处理速度。同时期还出现了功能更强的32位浮点，如ADI公司的ADSP-21020，TI公司的TMS320C3X等。

(4)第四代DSP。过去几年业界推出了性能更高的第四代处理器并不断衍生更多产品，如ADI公司的32位浮点处理器SHRAC系列一代（ADSP2106X）、二代（ADSP2116X）、三代（ADSP2126X、ADSP2136X）以及最新的第四代SHARC系列ADSP2146X等，成为通用DSP技术发展路线上的又一座分水岭。

从ADI SHARC产品组合可以看到：在速度、性能、集成度和I/O吞吐率等方面，第四代DSP比前一代DSP又有跨越式的增强。SHARC支持高性能32位和40位扩展浮点运算以及32位定点运算，速度最快的SHARC处理器的内核时钟频率最高可达450 MHz，处理能力达到2700 MFLOP（SHARC 2146x系列），而且片上外设也越来越丰富。它们正在为诸如工业控制、专业音响、汽车音频、医疗电子等对信号处理品质要求非常严苛的高端应用提供核心动力，为人类生活创造更多精彩。

第四代通用DSP的典型先进特性

强大的运算处理能力。SHARC处理器的高运算性能来自SHARC内核采用的一种单指令多数据（SIMD）架构。此架构包含两个能够并行执行代码的运算单元，这意味着用户可以在这两个运算单元中于同一周期内执行相同的指令。单周期执行双乘法和ALU运算是SHARC处理器的特点之一，而且在单周期内还能完成双读或双写数据以及取指令操作。为了保持这种单周期操作性能，内核和存储器之间存在很宽的带宽。SHARC的一些浮点优势，如浮点运算可以减少量化误差，还能实现更高的精度和更大的动态范围，这对滤波器等应用来说是很有帮助的。

SHARC上集成了最多达67个零开销DMA通道的直接存储器访问引擎。这个引擎在移动数据时无需内核干预，因为DMA传送期间可以同时传送代码和数据，而且在传送过程中还能自动打包8、16、32、40或48位数据。这也为提高系统处理性能立下了汗马功劳。

图1：第四代通用DSP的最先进代表--SHARC ADSP2146X的功能框图。

大容量片上存储器。在片上存储器结构方面，SHARC处理器具有很大容量的内部RAM和ROM(例如，ADSP 2146x拥有5Mb的最大容量片上SRAM和4Mb的金属掩膜编程ROM，如图1所示)。片上RAM和内核的运行速度是一样的，因此在代码和数据访问期间可实现零等待状态。

无缝连接外部存储器。SHARC上的外部存储器接口允许连接SDRAM、SRAM和并行闪存甚至最高达2Gb DDR2 DRAM，而且是无胶合连接，此外还可以从闪存器件启动SHARC器件本身。在连接SDRAM时，SHARC处理器支持64Mb至512Mb、配置为4、8和16位宽的器件。目前SHARC通过16位或32位宽总线对此进行连接。

丰富的外设。SHARC上内置了大量的外设，其I/O处理器中包含数字音频接口（DAI）和数字外设接口（DPI）。数字音频接口包括了众多的外设，如精确时钟发生器、采样率转换器、S/PDIF接口、串口等。数字外设接口同样包含整套外设，如SPI端口、两线接口、UART和定时器。

强大、易用的开发工具。CROSSCORE是ADI公司的软硬件开发工具产品线，其中包括了VisualDSP++集成开发和调试平台、模拟器、评估板或EZ-KIT Lites、一些子卡或EZ-Extender卡。VisualDSP++中集成的SHARC专用编译器能够充分发挥SHARC的SIMD架构优势，而且支持单周期执行的浮点运算。VisualDSP++中的仿真器
无需硬件就能支持应用软件的开发。VisualDSP++中还包含了VDK或实时操作系统内核及调度器。硬件工具EZ-KIT Lites是一种很好的评估平台，价格不贵，可以用它来编程和开发SHARC上运行的软件。这些评估板通过USB模拟器连接VisualDSP++环境。

家庭影院、专业音频模块供应商Lab X 技术公司总裁兼设计工程师Lee Minich曾评论到，"SHARC架构非常简单易用，VisualDSP++开发工具功能强大，C/C++编译器性能非凡。代码非常容易理解和优化。必要时我们可以在汇编器处理代码，并使用高级语言（C语言）编写非性能关键的代码。我们希望在C编译器等高级语言以及基本的汇编代码之间进行转换。我们选择SHARC处理器，因为它为我们提供高级且用户友好的开发工具，而且可以利用C 语言和汇编语言进行开发。"

兼容、灵活、高集成度实现高成本效益。SHARC一直以来保持的一大优势特性，即兼容性。许多SHARC器件都被设计为引脚兼容，因而使用户在需要更高性能时可方便地更新换代，或者将目标产品转向较低的性能以扩充产品体系。另外，SHARC使用信号布线单元（SRU）单元来减少引脚数量，从而降低器件成本。所有外设集成在SHARC上，由用户决定他们的应用中要使用哪些外设，再通过SRU把引脚引出来。另外，如前所述，SHARC还集成了大容量存储器和丰富外设，可简化硬件设计、最小化设计风险，这也能帮助设计者降低总系统成本，缩短设计周期。

高可靠性。针对汽车应用和其它高温应用场合，用户可以选用SHARC系列中能工作于最高达105℃环境温度下的产品，最低工作温度可达到-40℃。

特别值得一提的是，最新一代SHARC 2146X还是SHARC系列中第一款采用65nm工艺制造的处理器，除了拥有迄今为止所有SHARC处理器中最高的内核时钟频率，还还具备一些新的特性和更多不同的集成式外设，如支持可变指令长度执行，可使代码规模缩小20%～30%；提供到16位 DDR2 SDRAM的无缝接口，能够连接到更快的外部存储器；还提供3个专用硬件加速器，每一个都是专用于执行FFT、FIR和IIR算法，每个加速器都有自己专用的计算单元和自己专用的局部存储器独立于（处理器内存）；同时集成了热敏二极管以及专门为汽车应用开发的媒体局域总线(简称MLB)等。2146X在资源方面保持了与以往SHARC处理器系列(包括2136x和2137x)的后向兼容，并且增强了许多新的指令，主要目的是帮助编译器和代码生成工具优化和生成更好的代码。