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數(shù)字信號控制器的新進展
數(shù)字信號控制器的新進展
數(shù)字信號控制器（DSC）已開始在處理許多以往需由微控制器（MCU）和數(shù)字信號處理器（DSP）共同完成的復(fù)雜問題上嶄露頭角。作為這兩種器件的一種混合,，DSC隨時準(zhǔn)備加入它們的行列（見圖1）并將與其共存,。
DSP作為一種專用微處理器（MPU）,，可以盡可能快的速度來執(zhí)行少量非常特定的指令和操作。實現(xiàn)該功能的傳統(tǒng)方法是采用硬件模擬濾波器（而不是基于軟件的數(shù)字技術(shù)）,。信號處理能力的一個主要方面就是實時性能,。
由于要求處理的輸入信號是用于諸如電話、電視,、多媒體系統(tǒng)和CD播放機等用途的,，因此必須在沒有任何延遲的情況下對其進行快速處理。如果DSP不能以足夠快的速度進行信號處理,，那么這些應(yīng)用將失去實際意義,。
當(dāng)初開發(fā)MCU的目的是以犧牲某些性能為代價，利用可編程性來提供大量的靈活性,。所有可由DSP完成的操作均可由MCU（或MPU,，它與MCU是同類器件，只是少了集成的片上外圍元件）來完成,。不同之處在于MCU的信號處理操作速度較慢,，但它可對數(shù)據(jù)進行許多其他類型的處理。因此,，采用MCU的應(yīng)用一般都有一個可能需要執(zhí)行若干不同類型的任務(wù)（而不是那種DSP算法標(biāo)志性的重復(fù)性數(shù)字搗弄）的控制電路,。
MCU被優(yōu)選用于完成一系列對來自各種信源的輸入數(shù)據(jù)的幾乎所有組合的邏輯、診斷和算術(shù)運算,，而DSP則在完成重復(fù)性的數(shù)字密集型任務(wù)方面具有很高的效率,。
典型的DSP運算
DSP所能高效執(zhí)行的重復(fù)性數(shù)字搗弄運算主要是加法、乘法,、延遲和陣列處理,。圖2 示出了用于圖形和音頻處理的最常見的DSP運算之一 —— 一種簡單的有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器。
對取自不同位置的數(shù)據(jù)進行乘法和加法運算,，運算結(jié)果存儲在一個臨時結(jié)果寄存器中,。由于數(shù)據(jù)代表的是一個連續(xù)的信號流（如同一個模擬波形），因此被存儲在連續(xù)的存儲單元中,。利用允許寄存器內(nèi)容（用于指出操作數(shù)）自動增加的尋址方式可對通常與這些數(shù)據(jù)一道使用的連續(xù)地址進行高效處理,。
通用DSP結(jié)構(gòu)被優(yōu)化,，以實現(xiàn)這些簡單操作的快速執(zhí)行,，在一個周期里往往能夠執(zhí)行若干乘法和加法（MAC）運算。
DSP和MCU的性能
DSP和MCU的某些性能一直被認為是它們所*的,，DSC則將它們統(tǒng)統(tǒng)納入其混合結(jié)構(gòu)中,。這些*性能的基本說明如下,。
DSP的第一個基本要求就是用于執(zhí)行MAC運算的專用硬件，以及累加（結(jié)果）寄存器中用于防止一系列MAC運算的結(jié)果溢出的保護位,。許多傳統(tǒng)MCU也包含MAC指令,，盡管無法和頂級的專用DSP的并行MAC運算能力（在一個周期里可完成許多運算）相提并論。
DSP的另一個特定要求是能夠同時訪問多個存儲單元,，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的同時獲取并提高吞吐量,。這種被稱為Harvard體系的結(jié)構(gòu)要求數(shù)據(jù)和指令具有獨立的總線。雖然許多MCU仍然采用傳統(tǒng)的Von Neumann體系（用一條總線來獲取地址和數(shù)據(jù)）,，但不少MCU目前已在使用Harvard體系,。
DSP的第三個性能是可以形成地址，并在不產(chǎn)生執(zhí)行單元瓶頸的情況下獲取操作數(shù),。DSP的地址生成單元能夠在處理指令的同時獨立工作,。
尋址方式被優(yōu)化，用于支持對存儲數(shù)據(jù)的順序存儲單元的訪問,。對MCU而言,，這一屬性目前也已經(jīng)比較常見了——尋址方式（比如采用算后增量的寄存器間接尋址方式）允許MCU對編排形式與DSP相似的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行訪問。
DSP的第四個重要的硬件單元——桶形寄存器是用于快速處理寄存器內(nèi)容以對數(shù)據(jù)進行擴縮的專用電路,。定點DSP需要對數(shù)據(jù)進行擴縮以在浮點處理器上生成相同的有效動態(tài)范圍,。
可利用軟件對桶形寄存器的動作進行仿真，但這太費時間,，在實時視頻和音頻應(yīng)用中恐怕是不可行的,。硬件桶形寄存器正在成為最新MCU的常見功能。
傳統(tǒng)MCU的通用性能是其與DSP屬性上最大的不同,，這在它的指令集和尋址方式上均有所反映,。MCU包含許多面向控制的指令、位處理指令以及可采用棧指針輕松實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理性能,。專用棧指針和棧指針相對尋址簡化了編譯器的操作,，并可將編譯代碼優(yōu)化至可能的最小尺寸。
MCU的另一項性能是包容了片上外圍元件,。盡管新型DSP目前包含某些外圍模塊（如存儲器和串行通信控制器）,，但MCU則往往是將其周圍的外圍芯片加以集成的PC板上器件