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摘要：本文以DSP芯片的选型为主要轴线，着重对TMS320系列数字信号处理器（DSP）的发展及其主要产品的结构、性能特点和应用进行了论述。
关键词：TMS320；数字信号处理器；定点DSP
中图分类号：TN911文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31668-02
The Development and Type Choosing of DSP Chip
DUAN Li-na
(Huazhong University of Science and Technology Wuchang Branch, Wuhan 430064, China)
Abstract:The type choosing of DSP chip is the main content of this article, the development, the main product structure and performance characters, applications are also described here.
Key words:TMS320；DSP；Fixed-point DSP
1 引言
数字信号处理器（DSP），是伴随着微电子技术的迅速发展和数字信号处理器理论与技术的不断完善，而开发的现代高速数字信号处理单片机，是电子信息领域的新型高科技产品。DSP能够实时完成高速高运算量的计算，已广泛应用于各种信号处理、电信设备及雷达、声纳等领域。
在进行DSP应用系统设计时，系统方案确定以后，就该对DSP芯片进行选型。为了能选出性能价格比最好的DSP芯片，首先应对其产品及发展有深入的了解，并作充分的比较，然后根据用户所设计的系统的需求来进行选择。
2 DSP芯片及其发展
从80年代初DSP产品推出以来，其发展迅速，生产厂家众多，产品种类繁多，工作速度不断提高。目前，市场上常见的DSP芯片有美国TI公司生产的TMS320系列，AD公司的ADSP系列，MOTOROLA公司的DSP系列，日本NEC公司的PD系列以及AT&T公司的DSP系列等。这些产品在性能上差别不大，但因货源和开发环境的原因，国内使用最普遍的是TI公司的TMS320系列，其次是AD公司的DSP系列。特别是TI公司由于发展快、品种多、芯片内部资源丰富、支持软件完善而独占鳌头，连续四年在同行业中业绩第一，市场占有率为45％，所以，我们首选TMS320系列芯片。
以TMS320系列为例，从1982年TMS32010问世以来，在短短的十几年，TI公司已经生产除了第二代、第三代、第四代、第五代DSP，直至第六代产品（TMS320C6X,C8X），并不断地在更新完善，推出速度更快，性能价格比更高的新一代产品。在TMS320系列产品中，C1X、C2X已属于淘汰产品，C5X也将被淘汰，其低端应用将被C2XX取代，高端应用将被C54X取代，C2XX向下兼容C2X、C1X，向上兼容C5X；C54X向下兼容C5X、C2X、C1X；C62X向下兼容所有定点芯片，C67X向下兼容C3X、C4X。TMS320系列DSP产品基本是以三个平台为基础发展的。一个是DSP控制平台‵C2000(C20X，C24X)；另一个是有效性能平台‵C5000（C5X，C54X）；第三个是高性能平台‵C6000（C3X，C4X，C8X，C67X）。
从结构以及内部资源来看，不同系列各有特点，以TMS320较新产品为例，C20X（C203，F206）有多达4.5K的片内数据/程序RAM，支持同步，异步串口。F206还有32K的片内flash，可以在线改写。C20X主要面向计算机、工业、用户终端和电话等新的DSP应用。
C24X（F240，F241，F243）是DSP控制器，它除含有16K/8K片内flash外，还含双10位A/D，12个PWM控制器，SCI/PCI接口和CAN总线，及3个简单比较单元，特别适合于高速实时控制。
C54X（C/LC541，2，3，5，6，8，9）集成了Viterbi操作，对Viterbi译码算法非常有用，标准的同步，双缓冲串口具有独立的收发部分，可支持达12.5Mb/s的数据传输；TDM（时间复用）串口除具有以上的特性外，还可实现多处理机间的通信；BSP（缓冲串口）在无CPU参与的情况下，可达到40Mb/s的数据传输；而HPI（主处理机接口）可实现C54X到主处理机间的8位并行接口，并内置PLL（锁相环）；而且，具有三种节电模式，可2.7V和5V供电。因此，C54X可用于电信应用，如数字移动通信。
C3X（C30，C31，C32）是TMS320系列32位浮点的第一位成员，具有高度的并行性，单指令周期允许多达11个操作同时执行，C3X的DMA控制器有自己的数据总线，可与CPU并行工作。C3X可用于数字音频、三维图形、激光打印机、复印机、扫描仪、视频会议、工业自动化、马达控制和网络等。
C62X（C6201，C6202）为32位定点DSP，具有高度并行性，使用了超长指令字，芯片最高可以达到每秒16亿次的定点运算，并具有2个DMA通道，其数据传输能力可达到800Mb/s。其高性能将使它在通信，雷达信号处理，医疗成像等方面获得广泛应用。
从发展趋势看，高速化、高精度化、高度并行化和高度集成化仍然是DSP的开发方向。DSP处理速度将不断提高（有望突破两千多mips），工作电压将向低电压发展，功耗将越来越低，体积将越来越小，功能将越来越多。最近，C54X已推出最新产品C5402，功耗进一步降低，芯片只有一美分大小；C67X、C3X即将推出C6701和C33。同时，DSP应用系统硬件设计将趋于简单化，软件设计将趋于多样化，并且，DSP也将以芯核的方式进入市场，使用户可以根据自己的要求，在核的基础上，扩展外围电路，开发出完整的DSP器件。
3 DSP芯片的选型
DSP芯片的选型，一般可从定点/浮点的选择、速度的要求、开发环境及其他性能指标等方面考虑。
3.1 定点与浮点DSP
在选择DSP时，首先要考虑的就是选用定点DSP还是浮点DSP。现有的DSP芯片以运算数据格式分为两类：一类是字长为16/24位的定点DSP，另一类是字长32位的浮点DSP。用户应根据系统对精度核动态范围的要求，选择其中一种。
TI公司的产品中,TMS320C1X，C2X，C2XX，C5X，C54X，C6X，C62X都属于定点DSP，而TMS320C3X，C4X，C8X和C67X则为浮点DSP。这两类相比，第一，浮点DSP的运算精度高，动态范围大，而24位定点DSP的精度虽然与24位尾数的浮点DSP的相同，但它的动态范围较小，运算时为防止溢出，需经常定标，给编程造成了一些不便；第二，浮点DSP的地址总线比定点的宽，具有较大的寻址空间，有利于更大数据量的信号处理；第三，浮点DSP的结构较复杂，单指令周期较为定点DSP慢，但浮点DSP在单周期内完成的功能比定点的多，因此，浮点DSP 的总体运算能力较强，比较容易开发；第四，从功耗、体积和成本上看，定点DSP的结构较为简单，功耗低，体积小，价格低，适用于小型、不能持续供电的仪器和大批量的电子产品类；除此之外，定点DSP具有较多的外围电路接口，如主机端口、异步、同步接口等，更适合控制领域的应用。
3.2 速度的要求
衡量速度的指标通常为：MOPS——每秒百万次操作或MIPS——每秒执行百万条指令。
一般来说，这两个数字越大，芯片工作速度就越快，用户应按照自己系统的速度指标来选择，考虑到性能价格比，符合要求即可，若速度过高，系统实现及制造难度较大，成本也高。
3.3 技术支持
技术支持主要包括软件开发工具、软件库及硬件仿真开发工具是否完善，使用是否方便等，应选用开发环境好的产品。
3.4 其他性能指标
其他性能指标主要是指DSP总线结构（主总线，扩展总线）、DMA道数、I/O总线结构是否便于连接、片内/片外存储空间的大小、串行口（同步，异步）、定时器、中断、工作电压、封装形式（引脚数、民品/工品/军品、温度范围）等是否符合要求。另外，从价格上看，一般要淘汰的型号较便宜，最新产品较贵，而推出一、二年后的次新产品价格较为适中。
4 结束语
总之，要想选择性能价格比最好的DSP芯片，应该在充分的市场调研的基础上，从应用方向和实际任务出发，综合考虑各种性能指标，选择购买便宜、技术服务周到和易于升级的DSP芯片。
参考文献：
[1]Texas Instruments.TMS320C3X User's Guide,1994.
[2]Texas Instruments.TMS320C54X,LC54X,VC54X FIXEDPOINT DIGITAL SIGNAL PROCESSORS.
[3]Texas Instruments.TMS320F206 DIGITAL SIGNAL PROCESSORS.
[4]Texas Instruments.TMS320C240、F240 DIGITAL SIGNAL PROCESSORS，1996.
[5]Texas Instruments.TMS320C6201 DIGITAL SIGNAL PROCESSORS，1997.
[6]彭启琮，李玉柏. DSP技术. 西安：电子科技大学出版社，1997.
[7]李兰友，韩其睿，江忠. 数字信号处理单片机及其应用. 北京. 电子工业出版社，1997.
关键词：TMS320；数字信号处理器；定点DSP
中图分类号：TN911文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31668-02
The Development and Type Choosing of DSP Chip
DUAN Li-na
(Huazhong University of Science and Technology Wuchang Branch, Wuhan 430064, China)
Abstract:The type choosing of DSP chip is the main content of this article, the development, the main product structure and performance characters, applications are also described here.
Key words:TMS320；DSP；Fixed-point DSP
1 引言
数字信号处理器（DSP），是伴随着微电子技术的迅速发展和数字信号处理器理论与技术的不断完善，而开发的现代高速数字信号处理单片机，是电子信息领域的新型高科技产品。DSP能够实时完成高速高运算量的计算，已广泛应用于各种信号处理、电信设备及雷达、声纳等领域。
在进行DSP应用系统设计时，系统方案确定以后，就该对DSP芯片进行选型。为了能选出性能价格比最好的DSP芯片，首先应对其产品及发展有深入的了解，并作充分的比较，然后根据用户所设计的系统的需求来进行选择。
2 DSP芯片及其发展
从80年代初DSP产品推出以来，其发展迅速，生产厂家众多，产品种类繁多，工作速度不断提高。目前，市场上常见的DSP芯片有美国TI公司生产的TMS320系列，AD公司的ADSP系列，MOTOROLA公司的DSP系列，日本NEC公司的PD系列以及AT&T公司的DSP系列等。这些产品在性能上差别不大，但因货源和开发环境的原因，国内使用最普遍的是TI公司的TMS320系列，其次是AD公司的DSP系列。特别是TI公司由于发展快、品种多、芯片内部资源丰富、支持软件完善而独占鳌头，连续四年在同行业中业绩第一，市场占有率为45％，所以，我们首选TMS320系列芯片。
以TMS320系列为例，从1982年TMS32010问世以来，在短短的十几年，TI公司已经生产除了第二代、第三代、第四代、第五代DSP，直至第六代产品（TMS320C6X,C8X），并不断地在更新完善，推出速度更快，性能价格比更高的新一代产品。在TMS320系列产品中，C1X、C2X已属于淘汰产品，C5X也将被淘汰，其低端应用将被C2XX取代，高端应用将被C54X取代，C2XX向下兼容C2X、C1X，向上兼容C5X；C54X向下兼容C5X、C2X、C1X；C62X向下兼容所有定点芯片，C67X向下兼容C3X、C4X。TMS320系列DSP产品基本是以三个平台为基础发展的。一个是DSP控制平台‵C2000(C20X，C24X)；另一个是有效性能平台‵C5000（C5X，C54X）；第三个是高性能平台‵C6000（C3X，C4X，C8X，C67X）。
从结构以及内部资源来看，不同系列各有特点，以TMS320较新产品为例，C20X（C203，F206）有多达4.5K的片内数据/程序RAM，支持同步，异步串口。F206还有32K的片内flash，可以在线改写。C20X主要面向计算机、工业、用户终端和电话等新的DSP应用。
C24X（F240，F241，F243）是DSP控制器，它除含有16K/8K片内flash外，还含双10位A/D，12个PWM控制器，SCI/PCI接口和CAN总线，及3个简单比较单元，特别适合于高速实时控制。
C54X（C/LC541，2，3，5，6，8，9）集成了Viterbi操作，对Viterbi译码算法非常有用，标准的同步，双缓冲串口具有独立的收发部分，可支持达12.5Mb/s的数据传输；TDM（时间复用）串口除具有以上的特性外，还可实现多处理机间的通信；BSP（缓冲串口）在无CPU参与的情况下，可达到40Mb/s的数据传输；而HPI（主处理机接口）可实现C54X到主处理机间的8位并行接口，并内置PLL（锁相环）；而且，具有三种节电模式，可2.7V和5V供电。因此，C54X可用于电信应用，如数字移动通信。
C3X（C30，C31，C32）是TMS320系列32位浮点的第一位成员，具有高度的并行性，单指令周期允许多达11个操作同时执行，C3X的DMA控制器有自己的数据总线，可与CPU并行工作。C3X可用于数字音频、三维图形、激光打印机、复印机、扫描仪、视频会议、工业自动化、马达控制和网络等。
C62X（C6201，C6202）为32位定点DSP，具有高度并行性，使用了超长指令字，芯片最高可以达到每秒16亿次的定点运算，并具有2个DMA通道，其数据传输能力可达到800Mb/s。其高性能将使它在通信，雷达信号处理，医疗成像等方面获得广泛应用。
从发展趋势看，高速化、高精度化、高度并行化和高度集成化仍然是DSP的开发方向。DSP处理速度将不断提高（有望突破两千多mips），工作电压将向低电压发展，功耗将越来越低，体积将越来越小，功能将越来越多。最近，C54X已推出最新产品C5402，功耗进一步降低，芯片只有一美分大小；C67X、C3X即将推出C6701和C33。同时，DSP应用系统硬件设计将趋于简单化，软件设计将趋于多样化，并且，DSP也将以芯核的方式进入市场，使用户可以根据自己的要求，在核的基础上，扩展外围电路，开发出完整的DSP器件。
3 DSP芯片的选型
DSP芯片的选型，一般可从定点/浮点的选择、速度的要求、开发环境及其他性能指标等方面考虑。
3.1 定点与浮点DSP
在选择DSP时，首先要考虑的就是选用定点DSP还是浮点DSP。现有的DSP芯片以运算数据格式分为两类：一类是字长为16/24位的定点DSP，另一类是字长32位的浮点DSP。用户应根据系统对精度核动态范围的要求，选择其中一种。
TI公司的产品中,TMS320C1X，C2X，C2XX，C5X，C54X，C6X，C62X都属于定点DSP，而TMS320C3X，C4X，C8X和C67X则为浮点DSP。这两类相比，第一，浮点DSP的运算精度高，动态范围大，而24位定点DSP的精度虽然与24位尾数的浮点DSP的相同，但它的动态范围较小，运算时为防止溢出，需经常定标，给编程造成了一些不便；第二，浮点DSP的地址总线比定点的宽，具有较大的寻址空间，有利于更大数据量的信号处理；第三，浮点DSP的结构较复杂，单指令周期较为定点DSP慢，但浮点DSP在单周期内完成的功能比定点的多，因此，浮点DSP 的总体运算能力较强，比较容易开发；第四，从功耗、体积和成本上看，定点DSP的结构较为简单，功耗低，体积小，价格低，适用于小型、不能持续供电的仪器和大批量的电子产品类；除此之外，定点DSP具有较多的外围电路接口，如主机端口、异步、同步接口等，更适合控制领域的应用。
3.2 速度的要求
衡量速度的指标通常为：MOPS——每秒百万次操作或MIPS——每秒执行百万条指令。
一般来说，这两个数字越大，芯片工作速度就越快，用户应按照自己系统的速度指标来选择，考虑到性能价格比，符合要求即可，若速度过高，系统实现及制造难度较大，成本也高。
3.3 技术支持
技术支持主要包括软件开发工具、软件库及硬件仿真开发工具是否完善，使用是否方便等，应选用开发环境好的产品。
3.4 其他性能指标
其他性能指标主要是指DSP总线结构（主总线，扩展总线）、DMA道数、I/O总线结构是否便于连接、片内/片外存储空间的大小、串行口（同步，异步）、定时器、中断、工作电压、封装形式（引脚数、民品/工品/军品、温度范围）等是否符合要求。另外，从价格上看，一般要淘汰的型号较便宜，最新产品较贵，而推出一、二年后的次新产品价格较为适中。
4 结束语
总之，要想选择性能价格比最好的DSP芯片，应该在充分的市场调研的基础上，从应用方向和实际任务出发，综合考虑各种性能指标，选择购买便宜、技术服务周到和易于升级的DSP芯片。
参考文献：
[1]Texas Instruments.TMS320C3X User's Guide,1994.
[2]Texas Instruments.TMS320C54X,LC54X,VC54X FIXEDPOINT DIGITAL SIGNAL PROCESSORS.
[3]Texas Instruments.TMS320F206 DIGITAL SIGNAL PROCESSORS.
[4]Texas Instruments.TMS320C240、F240 DIGITAL SIGNAL PROCESSORS，1996.
[5]Texas Instruments.TMS320C6201 DIGITAL SIGNAL PROCESSORS，1997.
[6]彭启琮，李玉柏. DSP技术. 西安：电子科技大学出版社，1997.
[7]李兰友，韩其睿，江忠. 数字信号处理单片机及其应用. 北京. 电子工业出版社，1997.