DSP的发展趋势及前景展望

湖南科技大学潇湘学院《TMS320C54系列DSP原理与应用》结课论文题目：DSP的发展趋势及前景展望专业：电子信息工程班级：一班姓名：申旭恒学号：1254030107指导老师：谢平阳DSP的发展趋势及前景展望一概念的理解DSP一方面是DigitalSignalProcessing的缩写，意思是数字信号处理，就是指数字信号理论研究。DSP另一方面是DigitalSignalProcessor，意思是数字信号处理器，就是用来完成数字信号处理的器件。我们常说的DSP指的是数字信号处理器。DSP器件的特点1．高速、高精度运算能力（1）硬件乘法累加操作，在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。（2）哈弗结构和流水线结构。哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址，独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。（3）硬件循环控制。大多数的DSP都有专门的硬件，用于零开销循环。所谓零开销循环是指处理器在执行循环时，不用花时间去检查循环计数器的值、条件转移到循环的顶部、将循环计数器减1。（4）特殊的寻址模式。DSP处理器往往都支持专门的寻址模式，它们对通常的信号处理操作和算法是很有用的。例如，模块（循环）寻址（对实现数字滤波器延时线很有用）、位倒序寻址（对FFT很有用）。（5）具有丰富的外设。DSP具有DMA（有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并行工作，在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s以上）、串口、定时器等外设。2．强大的数据通信能力。3．灵活的可编程性。DSP骗内设置RAM和ROM，可以方便地拓展程序、数据及I/O空间，同时允许ROM和RAM直接数据传送。可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级。4．低功耗设计。DSP可以工作在省电状态，节省了能源。二、DSP的硬件结构：DSP与标准微处理器有许多共同的地方，都是由CPU、存储器、总线、外设、接口、时钟组成。从广义上讲，可以说DSP是一种CPU。但DSP和一般的CPU又有不同，DSP有自己的一些独特的特点，比如采用哈佛结构、流水线操作、独立的硬件乘法器、独立的DMA总线和控制器等。VonNeuman结构与Harvard结构：Harvard结构：程序与数据存储空间分开，各有独立的地址总线和数据总线，取指和读数可以同时进行，从而提高速度，目前的水平已达到90亿次浮点运算秒（9000MFLOPS）。MIPS--MillionInstructionPerSecondMFLOPS--MillionFloatingOperationPerSecond流水操作（pipeline）：独立的硬件乘法器：在卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中，都有A(k)B(n-k)一类的运算，大量重复乘法和累加。通用计算机的乘法用软件实现，用若干个机器周期。DSP有硬件乘法器，用MAC指令（取数、乘法、累加）在单周期内完成。独立的DMA总线和控制器：有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并行工作，数据的传递和处理可以独立进行，DMA内部总线与系统总线完全分开，避开了总线使用上的瓶颈。在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s。CPU:通用微处理器的CPU由ALU和CU组成，其算术运算和逻辑运算通过软件来实现，如加法需要10个机器周期，乘法是一系列的移位和加法，需要数十个机器周期。DSP的CPU设置硬件乘法器，可以在单周期内完成乘法和累加.移位:通用微处理器的移位，每调用一次移位指令移动1-bitDSP可以在一个机器周期内左移或右移多个bit，可以用来对数字定标，使之放大或缩小，以保证精度和防止溢出；还可以用来作定点数和浮点数之间的转换.溢出:三、DSP的发展状况在经历整整二十年的市场拓展之后，DSP所树立的高速处理器地位不仅不可动摇，而且业已成为数字信息时代的核心引擎。与此同时，DSP的市场正在蓬勃发展。根据ForwardConcepts分析家的预测，今年全球DSP销量将达到$82亿美元，比去年增加约三分之一。而对于2004年和2005年的预测值，则分别是$108亿元和$140亿元，并预言未来几年DSP都将以每年超过30%的速度成长。根据CCID权威的分析，中国DSP市场今年可达到120亿元人民币，比去年增长约40%，未来的增长将可能超过全球的平均速度。2、DSP的商品化历程对于TI推出业界第一颗商用DSP的历史，TI首席科学家GeneFrantz在一篇名为《DSP:如何使TI风险业务变成其最大的业务（DSP:HowTI'sRiskyBusinessbecameitBIGGESTbusiness）》的文章有极为精彩的分析。在这篇文章中他提到DSP最初还只是一项技术的名称，既数字信号处理。这项技术在二十世纪六十年代从校园中兴起，到七十年代才由计算机实现部分实时处理，而多用于高尖端领域。DSP既与大量运算相关，每秒完成运算一百万次运算就变为一个新的单位MIPS，而实现每个MIPS的成本高达$10到$100美元便成为商品化的障碍。八十年代前后，陆续有公司设计出适合于DSP处理技术的处理器，于是DSP开始成为一种高性能处理器的名称。TI在1982年发表一款DSP处理器名为TMS32010，其出色的性能和特性倍受业界的关注，当然新兴的DSP业务的确承担着巨大的风险，究竟向哪里拓展是生死攸关的问题。当努力使DSP处理器每MIPS成本也降到了适合于商用的低于$10美元范围时，DSP不仅在在军事，而且在工业和商业应用中不断获得成功。1991年TI推出的DSP批量单价首次低于$5美元而可与16位的微处理器相媲美，但所能提供的性能却是其5至10倍。进入九十年代，有多家公司跻身于DSP领域与TI进行市场竞争。TI首家提供可定制DSP，称作DSP。DSP基于内核DSP的设计可使DSP具有更高的系统集成度，大加速了产品的上市时间。同时TI瞄准DSP电子市场上成长速度最快的领域，适时地提供各种面向未来发展的解决方案。到九十年代中期，这种可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等，其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。德州仪器通过不断革新，推陈出新，DSP业务也一跃成为TI的最大的业务，并始终处于全球DSP市场的领导地位。虽然这个阶段DSP每MIPS的价格已降到10美分到1美元的范围，但DSP所带动的市场规模巨大。新世纪的DSP市场竞争加剧，TI及时调整DSP发展战略全局规划，并以全面的产品规划和完善的解决方案，加之全新的开发理念，深化产业化进程。成就这一进展的前提就是DSP每MIPS价格目标已设定为几个美分或更低。DSP产业化进程DSP应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化。在以往的二十年中，这一进程在不断重复进行，只是周期在不断缩小。在数字信息时代，更多的新技术和新产品需要快速地推上市场，因此，DSP的产业化进程还是需要加速进行。3、DSP的产业价值体系作为DSP产品最核心的，或是最底层的当然是器件，芯片制造商应当提供完整的文档资料，技术支持，并提供价格和货期支持。但对于DSP系统开发，这显然是不够的，因为最终产品开发必然与系统集成紧密相关是最高层。那么，这其中的几个层面是如何划分的呢？在DSP器件之上是开发和演示系统，其中包括参考设计和一些定制化的设计，一般由TI和第三方合作伙伴提供；在此之上就是标准应用算法，TI和第三方合作伙伴可部分提供，而客户将介入，并存在目标代码或源代码的授权问题。然后就是操作系统、设备驱动和协议栈层，需要开发授权；由此，可以上升到系统应用层面，已验证系统概念演示。至此，产品开发底层工作已经就绪，客户和其OEM厂商可进行最后的产品化工作。上述价值体系看似复杂，但确是在DSP产业化过程中逐步完善形成。实际操作中如果分工明确、沟通清晰，并不存在太多障碍。TI在DSP上的成功归功于系列革新举措以及持续不断的投入，有效地推进了DSP的产业化进程。在DSP的早期发展阶段，TI通过大学计划、建立第三方发展计划和DSP设计大奖赛进行DSP的教育和普及工作。同时通过加强与新兴产业领导者的合作，推出DSP解决方案，并实现产品化。在最近五年内，TI在软件和开发工具上投资十亿美金，建立了业界最为巨大的DSP开发基础设施。目前全球有超过650家公司加入到TI的第三方伙伴网络，提供上千种DSP算法和产品方案。DSP市场化拓展当前虽然DSP无论是作为一种成熟的技术还是一种成熟的产品均已成为数字信息时代的主流，但是其市场化拓展还存在这巨大的空间。DSP的三大要素即性能、价格和功耗与其市场拓展息息相关。挑战更高的性能，尽可能降低价格和功耗，永远是DSP追求的目标。下面将每十年DSP性能、规模、工艺、价格的变动和及应用概括如下：年代1980199020002010速度（MIPS）540500050000RAM(字节)2562K32K1M规模（门）50K500K5M50M工艺（微米）30.80.10.02价格（美元）$150.00$15.00$5.00$0.15目标应用工业仪器军事调制解调器硬盘驱动器数字答录机蜂窝电话等多媒体网关数字相机智能电话数字广播等新一代手机流媒体设备数字电视机等等…可以看出在各个时代，DSP性能随集成度的增加而提高，而价格却一直在下降。DSP突出的性能价格比趋势似乎也在很好地演绎着Moore定律。从不断扩大的目标应用来看，DSP在数字信息产品的市场地位越来越重要。当今DSP之所以可以在嵌入式应用方面挑战微处理器CPU，在数字控制方面可挑战单片机MCU，还在于DSP结构体系已实现多样性。DSP既有追求高性能并行结构，也有追求低功耗的省点核心；DSP中不仅可以集成闪存、数据转换器和多种接口，还可以集成CPU核心、视频和音频接口。软件可编程性始终是DSP市场拓展的关键。目前DSP开发工作中的80%以上已是软件工作。数字信息产品中需要应用到许许多多新的技术和标准，其中不少需要经过不断完善。DSP首先可以构建一个强大灵活的硬件平台和软件基础，然后集成各种软件，其中可以包括标准算法、驱动、协议和应用等等。DSP软件还易于维护和升级，大量工作可以在线实现。DSP的应用已经涵盖了工业、通信、娱乐、个人医疗、教育、环境控制、安全等领域，我们期待着更多更好的应用。将来的人们对具有DSP核心的数字信息产品大概会情有独衷，因为DSP会创造更多的价值。4、我国DSP市场的发展前景及市场发展状况目前，国外众多厂商涉足我国DSP产品市场，我国的DSP应用已有了相当的基础，有10多家集成电路设计企业从事数字信号处理系统(DSP)及相关产品的开发与应用。从应用范围来说，数字信号处理器市场前景看好。DSP不仅成为手机、个人数字助理等快速增长产品中的关键元件，而且它正在向数码相机和电机控制等领域挺进。随着DSP芯片的品种和技术档次不断提高以及向多功能化、高性能化、低功耗化放向发展，DSP日益进入人们的生活，在未来相当长的一段时间，我国DSP市场将蓬勃发展，今后几年市场销售额仍将保持40％以上的增长率，具有良好的市场前景。中国的DSP市场作为整个半导体市场一样为国际半导体市场的一个组成部分，必然具有国际半导体市场的共性。由于它植根于中国这一特定经济与社会环境的土壤之中，又必然带有自身的强烈个性。概括而言基本特点有：(1)持续的较高增长率；(2)基本已与国际市场接轨。具体体现在：产品和技术已基本接轨；价格和上市时间基本接轨；营销方式和服务水平正逐渐接轨；(3)先进高附加价值的DSP仍为TI、AGERE、ADI等占领；产品受外国大企业控制；(4)海外及中国港台半导体企业进入中国内地市场的方式目前仍以产品输出为主；最先进的产品设计技术和芯片生产技术未向中国转移；最先进的工艺设备制造和原材料仍布局在中国以外。中国是亚洲发展潜力最大的市场。数码相机、