关于DSP分类及发展趋势的概述

汪扬埔

摘 要 数字信号处理器（Digital Signal Processor， 简称DSP）它是为独立快速地实现各种数字信号处理、运算而专门设计的一种处理器件，经过几十年的发展，DSP已被广泛应用于电器控制、通信、信号处理、仪器仪表、航天航空、生物医药和消费电子等领域。

关键词 DSP 数字信号处理 发展趋势

中图分类号：TP3 文献标识码：A

1 关于DSP芯片的发展和分类

DSP的概念的萌芽诞生于美国的大学，而在DSP芯片出现以前，实时信号的处理一般是在通用处理器上完成。直到上世纪70年代末才出现了专门的可编程数字信号处理器。纵观DSP芯片的发展历程，可以将其分为三个阶段：

第一阶段，DSP的雏形阶段。1980年前后，在DSP芯片出现之前，数字信号处理只能依靠通用MPU来完成，但是MPU较低的数字信号处理速度和高能耗难以满足高速实时的处理要求。1978年AMI公司发布了世界上第一块DSP 芯片—— S2811，随后各大集成电路厂商相继推出了各自的DSP芯片。这个时期的DSP芯片由于内部没有专门的单周期硬件乘法器，使芯片的运算速度、数据处理能力和运算精度受到了很大的限制。

第二阶段，DSP的成熟阶段。1990年前后，国际上许多著名的集成电路厂家都相继推出自己的成熟的DSP产品。如：Motorola公司的DSP5600、9600系列，TI公司的TMS320C20、30、40、50系列，AT&T公司的DSP32等。

第三阶段，DSP的完善阶段。2000年以后，DSP芯片不仅信号处理能力更加完善，而且系统开发更加方便，程序编辑调试更加灵活，功耗进一步降低，成本大幅下降，系统集成度更高，大大提高了数字信号的处理能力。这一时期的DSP芯片另外一个最大的特点是实现了指令的多发射，一般采用超长指令字（VLIW）结构，还有一些采用单指令多数据流（SIMD）结构，其时钟频率可高达1GHz以上，可在Windows环境下直接用C语言编程。

经过了快半个世纪的发展，目前市场上已有上百种DSP芯片，即使是同一公司的产品，每款DSP芯片在结构和性能上都有很大的差异，通常DSP芯片可以按照下列三种方式分类：

（1）按基础特性分类。这是根据DSP芯片的工作时钟和指令类型来分类的。如果在某时钟频率范围内，DSP都能正常工作，除计算机速度有变化外，没有性能上的下降，这种芯片称为静态DSP芯片。如果两种或更多的DSP芯片，它们的指令集、机器代码及引脚结构相互兼容，称之为一致性DSP。

（2）按数据格式分类可分为即定点数据格式和浮点数据格式。

（3）按用途分类可以分为通用型DSP和专用型DSP。通用型适合普通的DSP应用。而专用型DSP是为特定的功能、运算设计的，如数字滤波、卷积和FFT等。

世界上主要的DSP制造商有四家：德州仪器（TI）、摩托罗拉（Motorola）、朗讯科技（Lucent）和模拟器件公司（ADI），其中TI公司独占鳌头，占世界市场45%的份额。TI公司多年来不断发展，开发了一个庞大的DSP家族——TMS320家族。在这个家族中，主要可以分为三大系列：

（1）TMS320C2000系列，包括C20x、C24x、C24xx、C28x等，该系列产品主要用于数字控制系统；

（2）TMS320C5000系列，包括C54x、C55x等，该系列主要用于低功耗、便携式的无线终端产品；

（3）TMS320C6000系列，包括C62x、C67x、C64x等，该系列产品主要用于高性能复杂的通讯系统或者其他一些高端应用，如图像处理等。

2 DSP芯片的趋势和应用

与国外相比，国内对DSP方面的研究起步较晚、差距较大。随着应用对DSP的要求越来越苛刻以及设计方法和工艺的日益进步，DSP技术预计将向着以下几个方面发展：

（1）更高的集成度。缩小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。当前的DSP多数基于RISC（精简指令集计算）结构，这种结构的优点是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷采用新工艺，改进DSP内核，并将几个DSP内核、MPU内核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路。这样的集成缩小了整机的体积，缩短了产品上市的时间，是一个重要的发展趋势。

（2）DSP的内核结构进一步改善。DSP的结构主要是针对应用，并根据应用优化DSP设计以改进产品的性能。多通道结构和单指令流多数据流（SIMD）、超长指令字结构（VLIW）、超标量结构、超流水结构、多处理、多线程及可并行扩展的超级哈佛结构在新的高性能DSP芯片中将占据主导地位。

（3）向低功耗方向发展。便携式数字终端设备是DSP芯片最重要的应用市场之一，如何在保证高性能的同时降低功耗是未来DSP芯片设计时首先考虑的问题。

（4）可编程DSP将成为主导产品。可编程DSP给生产厂商提供了很大的灵活性。生产厂商可在同一个DSP平台上开发出各种不同型号的系列产品，以满足不同用户的需求。同时，可编程DSP也为广大用户提供了易于升级的良好途径。

（5）追求更高的运算速度。随着VLIW技术和静态超标量技术在DSP应用上获得巨大成功，DSP处理器在体系结构上可挖掘的空间进一步加大，通过增加CPU的运算单元数量就可以显著提高处理器的性能。

（6）定点DSP将成为市场主流。虽然浮点DSP的运算精度更高，动态范围更大，但定点DSP器件的成本较低，对存储器的要求也较低，而且耗电较小。因此，定点运算的可编程DSP器件将成为市场上的主流产品。

（7）嵌入式DSP系统。嵌入式DSP系统是将DSP芯片嵌入到应用电子系统中的一种通用系统。这种系统既具有DSP器件在数据处理方面的优势，又具有应用目标所需要的技术特征。因此，嵌入式DSP系统，将成为DSP技术发展的一种新潮流。