DSP的芯片架构解析 DSP的基本术语

来源：老虎说芯

数字信号处理器 (DSP)：Digital Signal Processor，用于高速实时信号处理（纳秒级别）、超低功耗处理，下游应用包括电源模块（OBC、逆变器）、电机控制、音频信号处理、图像信号处理等，应用十分广泛。DSP用于快速的处理数字信号的加减乘除等运算。DSP的基本模块包括程序存储器、数据存储器、计算引擎、输入输出。

从TI产品手册看，分类包括低功耗单核处理器、高性能多核 DSP和Arm SoC。从处理器位数看分为16位、32位和64位。从用途看，分为通用型DSP芯片和专用型的DSP芯片。

单核 DSP：主频不高，追求低功耗的实时信号处理。

多核DSP：主频高，追求高性能并行处理。

高可靠性 DSP：追求在恶劣环境和严苛应用中的稳定性和可靠性，比如工业、汽车环境中。

DSP的芯片架构一般为哈佛架构或者ARM架构，近年来Risc-v架构也被用于DSP。DSP的架构和指令集是封闭的，非开源的，这也导致要做DSP芯片的话得从头开发架构和指令集，门槛较高。此外，DSP芯片厂商还需要自研EDA工具，如仿真器、烧录器、编译器等IDE工具，需要软件和算法人才。

DSP的世界巨头：TI。此外，ADI和NXP也有部分产品。国产厂商有进芯、中科昊芯、毂梁微等。

DSP基本术语：

算法（Algorithms）：用于解决问题或执行操作的已定义程序。算法通过一系列指令存储在DSP中。

模拟（Analog）：模拟是指随时间连续变化的电信号。模拟信号必须通过模数转换器转换为数字形式，以便 DSP 进行处理。

位（bit）：数字词可以分解为的最小单位。位数反映了字宽。字中的位数越多，该字可以表示的数字就越大。

周期（Cycle Time）：完成指令的时间长度。

数字（Digital）：数字描述了以两种状态生成、存储和处理数据的电子技术：正数和非正数。正数用数字1表示，非正数用数字0表示。通过数字技术传输或存储的数据被表示为一串0和1。这些状态数字中的每一个都称为一个位。

DMA（直接内存访问，Direct Memory Accessing）：DSP 的 I/O 处理器支持通过外部、主机、串行、SPI 和 UART 端口在 DSP 存储器和外部存储器、主机或外设之间进行数据 DMA。每个 DMA 操作都会传输整个数据块。

固定点(Fixed Point)：DSP 用于操作和表示数字的方法，最适合不大于单个内部寄存器中可以保存的最大数字。寄存器的大小由它可以包含的位数决定。例如，32 位数字可以大于 16 位数字。

浮点(Floating Point)：数字用尾数和指数表示的系统。例如，ax 2b，其中“a”是尾数，b 是指数。此方法允许 DSP 处理非常小的数字或非常大的数字。浮点处理器以 IEEE 建立的标准格式表示数字。它是一种以32位表示的科学记数法。

哈佛架构（Harvard Architecture）：DSP 使用具有独立总线的存储器架构来存储程序和数据。两条总线让 DSP 同时获取数据字和指令。

I/O：输入输出。用于在 DSP 和外设之间传输数据和控制信息的接口/设备。

I/O Processor：DSP 具有分布式 DMA 架构，每个支持 DMA 的外设均配有 DMA 控制器。此外，大多数端口可以直接（非 DMA）访问内部存储器和 I/O 存储器。术语“I/O 处理器”泛指 DMA 控制器、DMA 通道仲裁和外设到总线连接。

MIPS：每秒数百万条指令，其中每条指令可以执行多个操作。

MACs：每秒乘法累加

MOPS：每秒百万次操作

MFLOPS：每秒百万次浮点运算

Von Neumann Architecture：冯诺依曼架构，这是大多数（非 DSP）微处理器所使用的架构。该架构使用单个地址和数据总线进行内存访问。

Word：一个数字符串表示数据值。DSP 中的字长通常为 16 位、24 位、32 位和 48 位、64位。

审核编辑：汤梓红