新型应用受益于浮点dsp的高精度

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1、新型应用受益于浮点DSP的高精度作者：GeneFrantz（方进）,德州仪器（TI）首席科学家兼TI负责数字信号处理的业务开发经理；RaySimar,TI科学家兼TI负责数字信号处理的高级架构开发经理H十多年前浮点数字信号处理器（DSP）推出以來，就为实时信号处理提供了算术上更为先进的备选方案。然而，定点器件至今仍是业界的支柱，当然成本低是主耍原因。定点DSP每器件产品的价格更低，这对大规模大众市场应用而言是相当重耍的优势。和比较而言，浮点DSP能够实现更快速而简便的开发，因此对开发成本比单位制造成本重耍的小规模应用而言，更是最佳的选择

2、。最近儿年，高密度集成与支持改善使两种DSP在使川方便性与成本上都较为接近。目前，器件类型的选择越來越取决于应用数据集是否要求浮点格式的更多计算功能。因此,设计大规模量产信号处理应用的开发人员现在开始发现浮点格式更多的内在价值。他们将视线投向传统定点DSP开发模式Z外的领域，并探索浮点DSP所带来的设计机遇。不同的数字格式定点与浮点DSP的基木差异在于它们各自对数据的数字表示法不同。定点换件严格执行整数运算，而浮点DSP既支持整数运算又支持实数运算，后者以科学计数法进行了标准化。字长为16位的定点DSP实现（rovide）64K的精度，

3、带符号整数值范围为-215至2叮1。与此相对比，浮点DSP将数据路径分为两部分：一是可用作整数值或实数基数的尾数，二是指数。在支持业界标准单-淵确运算的32位浮点DSP中，尾数为24位，指数为8位。由于其较长的字长与取幕范围，该器件支持16M的粘度范由，这样的动态范围大大高丁-定点格式可提供的梏确度。实施业界标准双粕度（64位，包括一个53位的尾数与11位的指数）的器件还可实现更高的精确度。成本与方便易用性浮点DSP提供的计算能力更高，这也是英区别于定点DSP功能的最大差杲所在。但在浮点DSP刚刚出现的20世纪90年代初期，其它因索往往

4、掩盖了基木的数学计算问题。浮点功能需要的内部电路多，而32位数据路径比当时可用的定点器件要宽一倍。晶片面积越大，引脚数量就越多，封装也越大，这就大大提高了新款浮点器件的成木，因此数字化语音与电信集成卡（concentrationcard）等窩产量应用仍更倾向于采用较低成本的定点器件。当时，方便易用性抵消了成本问题带來的不利影响。浮点器件是最早支持C语言的DSP2—，而定点DSP则仍须在汇编代码级上进行编程。此外，对浮点格式而言，实数运算可直接通过代码加入硬件运算中，而定点器件则必须通过软件才能间接执行实数运•算，这就増加了算法指令并延长

5、了开发时间。由于浮点DSP易于编程，因此其最初主要用于开发工作强度较大的情况，如研究、原型开发、影像识别、工作站的三维图像加速器以及雷达等军用系统。逐渐趋同目前，早先在成木与易用性间的差异己经不那么明显了。总体说来，定点DSP仍然在成本上彳j优势，而浮点DSP仍然在易用性上有优势，但差别已经缩小很多，因此上述因素已经不再起决定作用了。成本日益成为片上系统(SOC)集成与产量的问题，而不是DSP内核木身大小的问题。在十年前还只能放置单个晶体管的空间，目前可放置数卜个晶体管。日前，占据晶片面积故多的是存储器，而不是逻辑，而且许多基于DSP的

6、产品都充分利用再扩展(rescaling)的优势，针对具体市场的需求集成了不只一个内核。定点DSP的成本仍然较低，因为其针对大众训场应用的产量很爲；但是，如果大规模量产的需求出现,那么浮点器件也将受益丁-规模效益带来的同样的成本降低。早期在易川性方面的差异也已经减小。高效的C编译程序与工具早已能支持定点DSP,为代码执行带来了可视性。直接采用浮点硬件实施实数运算仍有优势；但H前先进的建模工具、完整的数学函数库以及现成的算法降低了为定点器件开发复杂应用的难度。浮点的精确度目前，选川定点DSP还是浮点DSP归根结底在于应川数据集是否需要浮点

7、算术功能。总体说来，设计人员应解决两个问题：数据集要求多高的精确度？数据集的可预见度有多大？三个因索彩响着浮点格式的内在高精度。首先，浮点DSP的24位I/O字长在整数与实数值方面可实现比定点器件屮常用的16位字长更髙的精确度。第二，取幕人幅捉高了应用可用的动态范围，较人的动态范围对处理极人数据集以及难以方便预计数据集范Ifl的情况相当重耍。第三，浮点硬件内部的数据表示法比定点器件更为耕确，这就保证了最终结果的将确度更髙。最后一点应稍做解释。在DSP的内部架构中，三种数据字长相当重要，应当考虑。第一是I/O信号字长,正如我们已经说过的那

8、样，其就浮点而言为24位，就定点DSP而言通常为16位。第二就是用于乘法的系数字长。定点系数为16位，与信号数据相同；但浮点系数则可能为24位或53位，这取决于所用的是单宽度粘度还是双宽度粘度。如果指数表示