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1、DSP芯片及其在图像技术中的应用(精)————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：21#16#文章编号:1000-8829(200105-0016-045测控技术62001年第20卷第5期DSP芯片及其在图像技术中的应用DSPChipandItsAapplicationinImage(北京工业大学信号与信息处理室,北京100022刘党辉,沈兰荪摘要:阐述了DSP芯片的发展、结构和特点,重点描述了一些最新产品及其性能和应用领域,并介绍了一个基于DSP芯片的图像系统。关键词:DS
2、P芯片;图像技术中图分类号:TN492;TN911.73文献标识码:AAbstract:Thearticlesummarizesthedevelopment,structureandcharacteristicofDSPchip,andputsanemphasisonsomenewproducts,performanceandapplyingfields,thenin2troducesaimagesystembasedonaDSPchip.Keywords:DSPchip;imagetechnology据格式将其分为两大类定点DSP芯片和浮点DSP芯片。定点DSP品种最
3、多,处理速度为20~2400MIPS;浮点DSP基本由TI公司和AD公司垄断,处理速度为40M~1GFLOPS。2DSP芯片的体系结构及其主要特点DSP芯片是专为高速信号处理而设计的,由于采用了不同于普通单片机的体系结构,因而具有一些显著的特点。2.1哈佛结构传统的冯诺伊曼(Von2Neumann结构由于具有单一公用的数据和指令总线,因此在高速运算时,往往在传输通道上会出现瓶颈效应。DSP21芯片内部一般采用哈佛(Harvard结构,片内至少有四套总线:程序的数据总线与地址总线,数据的数据总线与地址总线。这种分离的程序总线和数据总线,可允许在一个机器周期内同时获取指令字
4、(来自程序存储器和操作数(来自数据存储器,从而提高了执行速度。2.2硬件乘法器数字信号处理中最重要的一个基本运算是乘法累加运算,也是最主要和最耗时的运算,因此单周期的硬件乘法器是DSP芯片实现快速运算的保证。现代高性能的DSP芯片甚至具有两个以上的硬件乘法器用以提高运算速度。数据宽度也从16位增加到32位。2.3多个并行处理单元DSP内部一般都集成了多个处理单元,如硬件乘法器(MUL、累加器(ACC、算术逻辑单元(ALU、辅助算术单元(ARAU以及DMA控制器等。它们都可以并行地在同一个周期内执行不同的任务,例如辅助算术单元能为下一次的运算做好准备,适合于完成连续的乘加
5、运算。芯片内部还包括有其他总线,如DMA总线等,可实现数据的后台传输而几乎不影响主CPU的性能的有FFT的位反转寻址,语音的A律、L律算法等。为了提高并行处理能力,现代DSP芯片通常采用单指令多数据流结构(SIMD、超长指令字结构(VLIW、超标量体系结构、多DSP核体系结构和DSP/1DSP芯片发展简况自1982年美国TI公司推出第一个DSP芯片TMS32010以来,DSP芯片有了很大的发展。DSP芯片不仅在运算速度上有了很大的提高,而且在通用性和灵活性方面了极大地改进。此外,DSP芯片的成本、体积、重量和功耗也都有了很大程度的下降。随着DSP芯片应用领域的不断扩大,
6、DSP芯片已形成低、中、高三个档次:低端产品执行速度一般为20~50MIPS,能维持适量存储和功耗,提供了较好的性能价格比,适用于仪器仪表和精密控制等;中端产品执行速度一般为100~150MIPS,结构较为复杂,具有较高的处理速度和低的功耗,适用于无线电信设备和高速解调器等;21高端产品执行速度一般为1000MIPS以上,处理速度很高,产品结构多样化,适用于图像技术和智能通信基站等。对于种类繁多的DSP芯片,一般可按其工作的数收稿日期:2001-01-15作者简介:刘党辉,男,北京工业大学信号与信息处理研究室博士研究生,主要研究方向为图像处理;沈兰荪,男,博士生导师,曾
7、任中国科技大学高技术学院副院长,现任北京工业大学信号与信息处理研究室主任,主要研究方向为智能化信息处理,已发表论文100余篇,出版专著11本。:DSP芯片及其在图像技术中的应用MCU混合结构,这些并行处理机制大大提高了DSP芯片的性能。2.4流水线技术DSP芯片的哈佛结构为流水线技术提供了方便。由于采用流水线技术,DSP芯片可以单周期完成乘法累加运算,大大提高了运算速度。而DSP芯片的指令基本上都是单周期指令,因此单周期指令执行时间可以作为衡量DSP芯片性能的一个主要指标。2.5片上存储器外部存储器一般不能适应高性能DSP核的处理速度,因
