1.2 DSP芯片的特点

DSP有两种含义：一是Digital Signal Processing，指的是数字信号处理技术；二是Digital Signal Processor，指的是数字信号处理器。数字信号处理器，也称DSP芯片，是一种专门用于数字信号处理的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下的主要特点：

①在一个指令周期内可以完成一次乘法和一次加法；

② 程序和数据空间分开，可以同时访问数据空间和程序空间；

③ 片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线同时访问两块芯片；

④ 具有低开销或零开销循环及跳转的硬件支持；

⑤ 具有快速的中断处理和硬件I/O支持；

⑥ 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；

⑦ 可以并行执行多个操作；

⑧ 支持流水线操作，取指令、译码和执行等操作可以流水执行。

1.哈佛结构

早期的微处理器内部大多采用冯·诺依曼（Von-Neumann）结构，其片内程序空间和数据空间是合在一起的，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行的。当高速运算时，不但不能同时取指令和取操作数，而且还会造成传输通道上的瓶颈现象。DSP内部采用的是程序空间和数据空间分开的哈佛（Harvard）结构（1组程序存储器总线，3组数据存储器总线，3组地址总线），允许同时取指令（来自程序存储器）和取操作数（来自数据存储器），还允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据，即改进的哈佛结构。

2.多总线结构

许多DSP芯片内部都采用多总线结构，保证在一个机器周期内可以多次访问程序空间和数据空间。例如，TMS320C54x内部有P、C、D、E共4条总线（每条总线又包括地址总线和数据总线），可在一个机器周期内从程序存储器取1条指令，从数据存储器读2个操作数和向数据存储器写1个操作数，大大提高了DSP的运行速度。因此，对DSP来说，内部总线是个十分重要的资源，总线越多，可以完成的功能就越复杂。

3.流水线（pipeline）结构

DSP执行一条指令，需要经过取指令、译码、取操作数和执行等几个阶段。在DSP中，采用流水线结构，因此，在程序运行过程中，这几个阶段是重叠的，如图1-1所示。这样，在执行本条指令的同时，还依次完成了后面3条指令的取操作数、译码和取指令操作，将指令周期降低到最小值。

利用这种流水线结构，加上执行重复操作，就能保证数字信号处理中用得最多的乘法累加运算

可在单个指令周期内完成。

4.多处理单元

DSP内部一般都包括多个处理单元，如算术逻辑运算单元（ALU）、辅助寄存器运算单元（ARAU）、累加器（ACC）及硬件乘法器（MUL）等。它们可以在一个指令周期内同时进行运算。例如，在执行一次乘法和累加运算的同时，辅助寄存器单元已经完成了下一个地址的寻址工作，为下一次乘法和累加运算做好充分的准备。因此，DSP在进行连续的乘加运算时，每一次乘加运算都是单周期的。DSP的这种多处理单元结构，特别适用于FIR和IIR滤波器。此外，许多DSP的多处理单元结构还可以将一些特殊的算法，如FFT的位码倒置寻址和取模运算等，在芯片内部用硬件实现，以提高运行速度。

5.特殊的DSP指令

为了更好地满足数字信号处理应用的需要，在DSP的指令系统中，设计了一些特殊的DSP指令。例如，TMS320C54x中的FIRS和LMS指令，专门用于系数对称的FIR滤波器和LMS算法。

6.指令周期短

早期的DSP的指令周期约为400ns，采用4μm NMOS制造工艺，其运算速度为5MIPS（每秒执行500万条指令）。随着集成电路工艺的发展，DSP广泛采用亚微米CMOS制造工艺，其运行速度越来越快。以TMS320C54x为例，其运行速度可达100MIPS。

7.运算精度高

早期DSP的字长为8位，后来逐步提高到16位、24位、32位。为了防止运算过程中溢出，有的累加器达到40位。此外，一批浮点DSP，如TMS320C3x，TMS320C4x，ADSP21020等，则提供了更大的动态范围。

8.硬件配置高

新一代DSP的接口功能越来越强，片内具有串行口、主机接口（HPI）、DMA控制器、软件控制的等待状态发生器、锁相环时钟发生器，以及实现在片仿真符合IEEE1149.1标准的测试访问口，更易于完成系统设计。许多DSP芯片都可以工作于省电方式，使系统功耗降低。

DSP 是一种特殊的微处理器，不仅具有可编程性，而且其实时运行速度远远高于通用微处理器。其特殊的内部结构、强大的信息处理能力及较高的运行速度，是DSP最重要的特点。

DSP芯片是一种专用微处理器，是高性能系统的核心。它接收模拟信号，如光和声，将它们转化成为数字信号，实时地对大量数据进行数字技术处理。这种实时能力使DSP在声音处理、图像处理等不允许时间延迟的领域的应用十分理想，成了全球70%数字电话的“心脏”，同时DSP在网络领域也有广泛的应用。DSP芯片的上述特点，使其在各个领域得到越来越广泛的应用。