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DSP芯片的软硬件结构有哪些?待我一一讲来

2022-12-10 17:17
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和其他芯片不同,DSP芯片的独特之处在于能够快速对信号进行采集、变换、滤波、压缩等基本运算,而这是由于其特殊的软硬件结构所决定的。

1、哈佛结构

如图所示,该图所展示的是冯诺依曼结构和哈佛结构,大多数芯片采用的是传统结构,也就是冯诺依曼结构,而DSP芯片采用的是哈佛结构,前者只有一个存储器空间通过一组总线(地址总线和数据总线连接到内核),做一次乘法会访问4次存储器,花费4个指令周期。而后者是将存储器空间划分为程序区域和数据区域,有两组总线连接到内核,允许同时对它们进行访问,这种方式可以同时为内核提供数据和指令。

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2、流水线操作

DSP采用的是流水线技术,这意味着DSP的每条指令是由片内多个功能单元分别完成取值、译码、取数、执行等多种步骤,从而可以在不提高时钟频率的前提下减少执行时间。

3、定点计算

大多数DSP使用的并非浮点计算,而是定点计算,虽然定点计算相比浮点计算精确,但胜在便宜传输速度更快,而且DSP为保证数值精确,在指令集和硬件方面都支持饱和计算、舍入和移位。

4、零开销循环

DSP有专门用于零开销循环的硬件,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以及将循环计数器减一这些操作,从而减少处理时间。

5、寻址方式

DSP芯片有专门的寻址方式,它们对一些信号处理算法及操作时间起到提升作用,举个例子位倒序寻址对FFT(快速傅里叶变换)处理时间有提升作用,循环寻址对数字滤波器延时线实现有提升作用。

6、专用的硬件乘法器

如图所示,若是滤波、矩阵等这些需要大量乘法累加运算的,大部分芯片很难满足高强度的乘法运算,但DSP不同,它们采用独立的乘法器和加法器,使得在同一指令周期内可以完成相乘、累加两个运算。

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7、定点DSP指令集

定点DSP指令集是按照两个目标射击的:

①使处理器能够在每个指令周期内完成多个操作,从而提高每个指令周期的计算效率;

②将存储DSP程序的存储器空间减到最小。


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