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標題：DSP芯片選用指南

1樓

wangxinxin 發表于：2010-11-22 10:42:04

ADSP-21xx
結構特點

16-bit定點DSP
帶8-bit保護位的40-bit
ACC單周期執行指令多數指令
可以條件執行

尋址模式

立即數尋址、寄存器直接尋址、存儲器直接尋址、以及寄存器間接尋址。對于ADSP-219x，還有寄存器事后修改、立即修改、直接和間接偏移尋址模式。其程序序列具有內部循環計數和循環堆棧，從而實現零開銷循環。每個地址發生器支持四個循環緩沖器，每個循環緩沖器又有三個寄存器，用來定義循環的終點、長度和訪問的地址。一個地址發生器支持位倒序尋址。ADSP-219x支持十六個循環緩沖器，通過使用一個地址發生器影子寄存器和一組基寄存器，以增加循環緩沖的靈活性。

特殊指令

ADSP-219x可以有條件地執行大多數指令。其do until命令可以建立任意長度的指令序列，作四層嵌套循環。ADSP-219x則支持八層嵌套。ADSP-21xx是非流水機型，因而不會對轉移或子程序調用帶來影響。

開發支持

ADI公司的軟件和硬件開發工具包括該公司的VisualDSP集成開發環境、在線仿真器和開發套件。VisualDSP提供對優化的C編譯器、匯編器、連接器及調試器的接口。該公司的仿真器適用于通用的串口總線、PCI、以及以太網主機平臺。其EZ-Kit Lite包括一個評估板和有限的、但功能齊全的VisualDSP。

TigerSharc DSP
結構特點

16-bit定點DSP
VLIW（超長指令字）結構可以在一個機器周期內執行四條指令
該系列DSP具有SIMD（單條指令多個數據）的能力
第一個TigerSharc DSP集成了6 Mbit的RAM
尋址模式

立即數尋址、位倒序尋址、塊循環、寄存器直接尋址和寄存器間接尋址。其SIMD存儲器傳輸機制使單個取數和存儲指令在兩個存儲器塊和兩個計算單元之間作數據傳輸。

特殊指令

指令集直接支持高精度和低精度類型數據之間的轉換，如在單周期內將定點數轉換成浮點數，將16-bit數轉換為32-bit數。TigerSharc沒有硬件模式，其指令集支持算術功能，如帶符號的和不帶符號的整數和小數運算。這將簡化高級語言的編程。在各種情況下都提供優化的飽和模式。

開發支持

16-bit定點DSP
支持定點和浮點運算
新的SIMD錘頭運算（Hammer-head operates）
集成有大的SRAM
尋址模式

立即數尋址、索引尋址、位倒序尋址、塊循環、寄存器直接尋址和寄存器間接尋址。（對于片外存儲器的訪問，必須采用間接尋址。）

特殊指令

SHARC提供位操作、平方根的倒數、條件子程序調用、零開銷單條指令和塊指令循環、定點數和浮點數的比較、以及大多數指令的條件執行。SHARC支持IEEE-754單精度浮點數（23-bit尾數、8-bit指數以及符號位），40-bit擴展精度IEEE格式（32-bit尾數）。

開發支持

DSP 16000

DSP 16xx
結構特點

16-bit定點DSP
具有16316-bit的乘法器
36-bit的ALU/移位器
所有片種都有片內ROM
工作在2.7-4.75V
特殊指令

單條指令/塊指令的硬件循環，條件子程序調用，比較，混合尋址，指數檢測，bit位提取、移位和替換。沒有旋轉指令。

開發支持

其硬件開發系統包括在線仿真器。評估板和演示板。軟件開發工具包括匯編器/連接器，調試器，軟仿真器和應用程序庫。EDA廠商還提供將DSP軟仿真器模塊插入的系統級的仿真工具。

DSP 16000
結構特點

雙MAC單元
支持16332-和32332-bit的乘法ALU
支持16-、32-、40-bit運算
X和Y存儲器具有32-bit數據寬度
尋址模式

寄存器和存儲器直接尋址，寄存器間接尋址，立即數尋址以及寄存器+置換尋址。由于器件不提供位倒序尋址，只能用軟件來實現。支持兩個并發的循環緩沖器。尋址模式面向指針算術運算。

特殊指令

支持16-bit和32-bit的混合指令。因為轉移需要三個機器周期，許多指令的條件執行可以避免轉移。Redo指令可以重新運行用do指令裝入cache的代碼。其追索編碼器將加速Viterbi比較指令的執行，并產生模式控制的效果。此外，用戶可以使用比較指令來決定Viterbi處理的最小公共通道。其他的特殊指令還有旋轉、取負、取絕對值和定點算術運算。

開發支持

軟件工具包括ANSI C 編譯器、匯編器、連接器、調試器和軟仿真器。硬件工具包括在線仿真器和開發板。基于Gnu C的C編譯器進行局部和全局的優化，以便進行C源代碼的調試，也可作C和匯編混合代碼的調試。匯編器支持ANSI C預處理，允許文件包含、宏置換、條件匯編，以及各種常數格式。該匯編器還允許表達式包含多個用戶定義的標號，并支持預處理偽指令，使匯編器與調試器共享宏運算。調試器支持單個或多個同類的或不同類的處理器的集成調試。支持數據和指令斷點、接近實時的軟件仿真、混合的C代碼和匯編代碼調試、廣泛的代碼分析、用TargetView通信系統通過JTAG來作獨立的或連網的硬件仿真、硬件跟蹤，以及片內的周期計數。廣泛的片內調試硬件可以實時監視許多處理器。在調試器中單步運行代碼時，可以圖形化地顯示通過DSP的數據流。這樣，用戶可以觀察到處理器中沒有充分使用的部分，修改代碼來提高效率。Synopsys COSSAP, Cadence SPW, 以及 Mathworks Matlab 等第三方的工具也支持 DSP16000的仿真。軟件工具的價格為1500美圓，硬件工具的價格為5000至7000美圓。

Motorola
DSP-56800

DSP 563xx

DSP 56800
結構特點

16-bit定點DSP
帶有控制功能的DSP
可以中斷的硬件do循環
工作于2.7V和70MHz
尋址模式

寄存器直接尋址、短的或長的存儲器直接尋址、七個存儲器間接尋址、以及立即數尋址。還支持短的轉移偏置和循環緩沖器的模數計算。

特殊指令

可以作單指令或塊指令的硬件do或repeat循環。與ALU運算并行的單個或雙的并行搬移指令，在取指令的同時允許作兩個存儲器訪問。允許對任何寄存器或存儲器作位操作。在作單周期乘法和MAC的同時，作取整、加、減、平方。使用一個條件轉移指令和比較指令，實現搜索和分類算法。如果特定的條件為真，則DSP執行從一個寄存器到另一個的傳輸（例如，存儲一個數列里最大值的索引值）。

開發支持

使用OnCE口，通過JTAG接口作片上仿真。CodeWarrior提供集成的開發環境，其中包括C編譯器、匯編器、連接器、軟仿真器、以及圖形化的源代碼和匯編級的調試器。其評估模塊為DSP56824EVM，開發系統為DSP-56824ADS。

DSP 563xx
結構特點

24-bit定點DSP
七級流水，包含兩個取指、一個解碼、兩個地址產生、以及兩個執行
具有條件ALU指令
以寄存器為基礎的結構
與核執行單元并發的六通道DMA操作
多數器件工作于3.3V，并兼容5V的I/O；有些器件工作于1.8V,兼容3.3V的I/O
與核并行工作的濾波器協處理器
特殊指令

桶型移位器支持多bit移位指令，可以在兩個方向上移動任意多位。該移位器還支持bit流解析與產生。支持并行ALU指令的條件執行。如果測試條件為假，則處理器執行NOP指令。563xx執行16-bit的算術運算，這對于諸如LD-CELP等壓縮算法非常有用。通常，用24-bit的結構來作16-bit的運算時，性能會有所降低，因為必須用軟件對24-bit的數作舍入運算。

開發支持

開發系統可以用于評估芯片和目標系統。該系統包括應用開發模塊、主機接口卡、命令轉換器、匯編器、軟仿真器、以及C編譯器。以JTAG為基礎的OnCE口可用于實時檢查所有的內部總線，記錄最后的十二條指令。MOTOROLA提供用于DSP563xx系列的套裝的56種硬件的和軟件的工具。第三方的工具包括Tasking的編譯器和調試器，Domain Technologies的調試器。

Lucent/Motorola
StarCore SC100

StarCore SC100
結構特點

16-bit定點DSP核
DSP結構可以升級
可變長度指令提高代碼的效率和并行性
更好的C程序編譯器

尋址模式

寄存器直接尋址、地址寄存器間接尋址、與程序計數器相關的尋址模式、以及用立即數來決定感興趣的數據或地址的特殊尋址模式。

特殊指令

SC140的多個乘法器支持帶符號的和無符號操作數，包括小數與整數格式的運算及其各種組合。其MAC單元支持加、減、取負、取絕對值、以及清零。MAC單元還支持除法、比較、最大值/最小值運算，在寄存器、算術移位和取整之間轉移。通過將寄存器中的值看成是打包成對的16-bit的操作數，支持單指令多數據（SIMD）的最大值/最小值、加、減（MAX2，ADD2，SUB2）。使用這些指令，可以在單個周期內執行八個加法，或最大值/最小值運算。SC140包括一個專門的最大值/最小值運算單元，和維特比（Viterbi）的左移指令一起工作，以便有效地實現維特比編碼算法。

開發支持

其開發工具包括匯編器、優化器、連接器、軟仿真器、ANSI C編譯器及與C11兼容的C/C11編譯器。該編譯器支持ITU/ETSI標準。

Texas Instrument
TMS320C2000

TMS320C5000

TMS320C6000

TMS320C2000
結構特點

16-bit定點DSP
哈佛結構支持兩個分開的總線結構
雙訪問RAM允許在同一個周期內讀或寫RAM兩次
工作于3.3V

綜合介紹

TI的TMS320C2000 DSP是基于320C2xLP核。C2xLP核具有4級流水，工作在40MHz。具有JTAG仿真模塊。

C2xLP有一個中心算術邏輯單元（CALU），及32-bit的累加器（Acc）。Acc也是CALU的一個輸入。Acc的其他輸入包括16316-bit的乘法器通過定標移位器，以及輸入數據定標移位器。軟件可以通過進位位旋轉Acc的內容，來實施位操作和測試。

為了實現小數的算術運算和驗證小數的乘積，C2xLP的乘積寄存器的輸出通過乘積移位器，以抑制運算中產生的多出來的bit。該乘積定標移位器允許作128個乘積累加而不會產生溢出。基本的乘積累加（MAC）周期，包括將一個數據存儲器的值乘以一個程序存儲器的值，并將結果加給累加器。當C2000循環執行MAC，則程序計數器自動增量，并將程序總線釋放給第二個操作數，從而達到單周期執行MAC。

C2xLP可以訪問64000個16-bit的I/O口。C2000的外設，諸如串口、軟件等待狀態發生器等都映射為數據或I/O空間。用戶程序必須使用其他的I/O地址來訪問映射在I/O空間的片外外設。C2000系列中的多數芯片可以產生0-7個等待狀態。

C2000系列由C20x和C24x系列組成。C20x的目標是低性能的電信設備，而C24x的目標是數字化的馬達控制。

C24x系列的芯片具有事件管理器，以便支持馬達控制。該事件管理器具有三個加/減定時器和九個比較器，可以和波形產生邏輯配合產生12PWM的輸出。支持同步的和異步的PWM產生。它還支持一個空間向量PWM狀態機，用開關功率晶體管來實現，以延長晶體管的壽命和降低功耗。一個關機段產生單元也有助于保護功率晶體管。此外，事件管理器還集成了四個采集輸入，其中的兩個用于光編碼器正交脈沖的直接輸入。

C24x系列的芯片還集成有10-bit的A/D變換器，在500ns的時間內對模擬信號作變換。另外還有8個或16個復用輸入通道。有些新的C24x系列的芯片還有自動排序的能力，按順序作16個變換，一個獨立的采樣/保持（S/H）預定標器，通過支持不同的輸入阻抗，給用戶以極大的靈活性。有些C24x系列的芯片有8K-32K字的閃爍存儲器（flash）。

尋址模式

立即數尋址、分頁的存儲器直接尋址（指令里的7-bit和數據頁指針的9-bit形成數據存儲器的地址）、寄存器間接尋址（使用8個輔助寄存器中的一個）、輔助寄存器自動增量或減量尋址。沒有循環緩沖。

特殊指令

MAC和數據移動指令（MACD）增加了將片內RAM的數據塊移向MAC單元。當CPU使用輸入的數據值時，CPU將該數據值移至下一個存儲器單元。MACD也是使用循環緩沖器的一個替代方法，對于卷積和橫向濾波器是很有用的。C2000可以作單指令循環、乘法并累加前一個積、乘法并減去前一個積、累加前一個積并移動數據、多條件轉移和調用、存長立即數到數據存儲器、向左或向右旋轉累加器、數據塊移動。

開發支持

TI的Code Composer4.10是一個集成的開發環境，支持編輯、建立、調試、分析和項目管理。這個價值為1995美圓的開發環境包括ANSI C編譯器、匯編器、連接器、軟仿真器、實時分析器，數據是可視化的。TI的仿真器支持JTAG非插入式的邊界掃描仿真。該公司也分別提供C編譯器、匯編器、連接器、軟仿真器、實時分析器和應用程序庫。第三方可以提供評估模塊、仿真器、以及應用算法。

TMS320C5000
結構特點

16-bit定點DSP
C55x有雙MAC單元；C54x有單MAC單元
C55的指令長度可變，且沒有排隊的限制
C55x有12組總線；C54x有8組總線
工作于0.9V和300MHz
綜合介紹

C5000是16-bit定點DSP系列，包括舊有的C5x、當前主流的C54x和最新的C55x。

C55x和C54x源代碼兼容，而C5x和C2x源代碼兼容。C54x關注于低功耗，而C55x則將低功耗提到一個新水平：300MHz的C55x和120MHz的C54x相比，性能提高5倍，而功耗則降到六分之一。盡管C5x還在全線生產，但公司已經將新設計轉向C54x 和C55x。C54x 和C55x采用改進的哈佛結構。

C55x 具有12組獨立的總線，而C54x則有8組。它們都有一組程序總線和相應的程序地址總線。C54x總線的寬度為16-bit，而C55x總線的寬度為32-bit。C55x有三組數據讀總線和兩組數據寫總線，而C54x有兩組數據讀總線和一組數據寫總線。每組數據總線都有其相應的地址總線。C55x的數據地址總線的寬度為24-bit，而C54x的數據地址總線的寬度為16-bit。

C54x使用兩個輔助寄存器算術單元，在每個周期內產生一個或兩個數據存儲器地址。這四組內部總線和兩個地址發生器使其可以進行多操作數運算。

C55x的地址-數據流單元（ADFU）包含了專門的硬件來管理五組數據總線。該ADFU也可以作為通用的16-bit ALU，用于簡單的算術運算。該ALU從指令緩沖單元（IU）接收立即數，和存儲器、ADFU寄存器、數據計算單元（DCU）寄存器、程序流單元（PFU）寄存器作雙向通信。無論是ALU，還是三個地址寄存器ALU（ARAU）中的一個，都可以修改作間接尋址的九個地址寄存器。這三個ARAU為C55x的三組數據讀總線提供獨立的地址。這種并行性保證了在每個CPU周期內DCU去讀兩個16-bit的操作數和一個16-bit的系數。

C55x的DCU包含了兩個MAC單元，在單周期內作兩個17217-bit的MAC運算。它還包含了一個40-bit的ALU和四個40-bit的累加器寄存器、一個桶型移位器、以及專門的Viterbi算法硬件。每個MAC單元包含一個乘法器和帶32-或40-bit飽和邏輯的加法器。三個數據讀總線將兩個數據流和一個公共系數流送給兩個MAC單元。用戶可以用ALU作32-bit的運算，或分開作兩個16-bit的運算。除開接受從DCU的40-bit Acc寄存器來的輸入外，ALU還從IU接受立即數，并和存儲器、ADFU寄存器、PFU寄存器作雙向通信。

C54x是單17217-bit MAC機器，有一個40-bit的加法器、兩個40-bit的Acc和一個分開的40-bit的ALU。與C55x相類似，C54x的ALU也可以作成兩個16-bit的配置，完成兩個單周期運算。乘法器輸出處的40-bit的加法器允許作非流水的MAC運算，以及并行的兩個加法和乘法。單周期歸一化和指數編碼支持浮點數運算。

兩個系列的結構都支持一個桶型移位器，將40-bit的Acc的值左移或右移最多達31bit。該桶型移位器將移位后的值送給DCU的ALU，以便作進一步的運算。指令集中關于二操作數、三操作數和32-bit操作數的指令，支持結構的并行性。八個可以獨立尋址的輔助寄存器和軟件堆棧提高了C編譯器的效率。

C55x可以執行可變長度的指令，這和C54x有顯著的不同。C54x的指令長度為固定的16-bit，而C55x的指令長度則從8到48 bit。C55x的IU緩存64 byte的代碼，且有一個解碼邏輯來確認可變長度指令中各指令的區別。局部循環指令使用指令緩沖隊列來循環執行代碼塊。指令緩沖隊列還可以在執行條件程序流控制指令的條件測試時，推測性地提取指令。指令解碼器按排列順序對指令解碼，而不是執行動態時序，從而可以在預定的時間得到結果。

C55x的PFU跟蹤程序的執行點，并為多達16Mbyte的程序存儲器產生24-bit的地址。該單元的硬件，可用于循環、靈活性轉移、條件執行、以及流水保護。單獨的程序計數器可以保證從子程序或中斷服務子程序快速返回。該PFU還包括管理指令流水和四個CPU狀態寄存器的邏輯。它以硬件方式可以提供四層塊循環嵌套。其硬件還支持條件循環。PFU處理流水控制冒險，并對讀后寫及寫后讀提供保護。當在指令流中這種冒險發生時，流水保護邏輯就插入一些周期，保證程序的正確執行。集成的軟件等待狀態發生器使用戶可以使用較慢的外部存儲器。

該系列的所有DSP都支持片內雙訪問RAM（DARAM），用戶可以將其配置為程序存儲器或數據存儲器。C55x還有擴展的同步突發性RAM、同步DRAM和異步SRAM及DRAM。片內的鎖相環（PLL）允許用戶抑制時鐘，但C55x核還可以激活與自動管理片內外設和存儲器的功耗。當程序不再訪問片內存儲器時，它們就會被切換到低功率模式。處理器對片內外設也提供類似的控制。

C55x還設置了用戶可控的低功率IDLE域，包括CPU、DMA、外設、外部存儲器接口、指令隊列、以及時鐘發生電路。

尋址模式

C54x支持單數據存儲器操作數尋址和32-bit操作數尋址，還使用并行指令支持雙數據存儲器操作數尋址。它也提供立即數尋址、存儲器映射尋址、循環尋址和位倒序尋址。

在C54x的基礎上，C55x還支持絕對值尋址、寄存器間接尋址、直接尋址，即位移模式。C55x的ADFU包括專門的寄存器，支持使用間接尋址指令的循環尋址�？梢酝瑫r使用五個獨立的循環緩沖器和三個獨立的緩沖器長度。這些循環緩沖器沒有地址排隊的限制。C54x支持兩個任意長度的循環緩沖器。

特殊指令

C54x有專門功能指令，如FIR濾波器、單指令或塊指令循環、八個并行指令（如并行存儲或乘加）、乘法累加和減（十個乘法指令）、八個雙操作數存儲器搬移。C55x還有專門的指令，充分利用增加的功能單元和并行能力的優點。用戶定義的并行機制，允許將執行兩個操作的指令加以組合。

開發支持

eXpressDSP軟件技術包括DSP集成開發工具：可升級的實時軟件基礎、可重復使用的應用軟件接口標準、以及不斷增加的第三方的軟件模塊。Code Composer Studio是一個集成的DSP開發工具套件，包括C5000的C編譯器、DSP/BIOS、實時數據交換技術等。

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