DS處理器的軟硬件開發(fā)概述

DSP處理器DSP軟件向桌面和嵌入式系統(tǒng)挑戰(zhàn)

單個數(shù)字信號處理（DSP）芯片曾經(jīng)作為協(xié)處理器來實現(xiàn)濾波器算法?，F(xiàn)在DSP技術(shù)的發(fā)展已實現(xiàn)了多個復雜算法的并行。但是,這種功能的擴展也產(chǎn)生了新的問題，開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)，在DSP處理能力方面，當MIP和存儲器的問題得到解決時，他們又面臨著新的課題，即如何來管理設計復雜的軟件。如何合理地安排數(shù)據(jù)流程，使之在DSP的各執(zhí)行單元間無沖突地順利執(zhí)行，仍是DSP開發(fā)人員面臨的一個非常重要的問題。由于設計的復雜性，將算法映射到DSP具體目標硬件上時，尚不能采用高層次編程語言，必須使用匯編語言，并對器件的并行執(zhí)行機制有十分清楚的了解。而這種局限于匯編語言的編程設計,正是提高軟件開發(fā)效率的瓶頸。90年代早期，嵌入式系統(tǒng)和桌面應用的開發(fā)人員曾面臨相似的問題。當時為提高設計效率而采用的方法現(xiàn)在仍可借鑒使用。一個短期的解決方案是由編程人員自己解決這一問題。但是，編程人員相對短缺，而且DSP領域編程人員更為緊缺。在DSP開發(fā)時，可以考慮采用非DSP專業(yè)的編程人員，但這些人員一般傾向于使用桌面和嵌入式應用的開發(fā)工具。而DSP開發(fā)領域還沒有類似的工具，這就阻礙了DSP應用的進一步推廣。

開發(fā)相似，實質(zhì)不同

即使采用了上述的開發(fā)工具，DSP還具有不同于RISC和CISC的獨特特征。DSP處理能力不僅靠越來越快的時鐘速率來實現(xiàn)，而且還依賴于并行處理結(jié)構(gòu)的進一步采用。早期的DSP僅含有單個多路器和累加器，由哈佛結(jié)構(gòu)以及一些控制寄存器環(huán)路組成。而目前的DSP處理器通常采用多個執(zhí)行單元，每個執(zhí)行單元都由算數(shù)邏輯運算單元（ALU），一個多路器和累加器組成，而且這些執(zhí)行單元可以并行執(zhí)行。美國I.C.Com

公司在與西門子半導體公司的合作中，開發(fā)出了Carmel

DSP，它通過一個非常類似C的匯編語言來解決DSP開發(fā)面臨的上述瓶頸問題。I.C.Com公司VLSI設計副總裁Amnon

Rom說：“我們的目的是使我們的匯編語言Carmel盡可能地接近C語言。對DSP開發(fā)來說，減少開發(fā)過程中從浮點算法轉(zhuǎn)換到固定點算法，然后再到匯編語言程序所需的時間非常重要。通過將匯編語言與之一一對應，從而減去了從C語言到匯編語言的開發(fā)步驟?！庇押靡子玫挠布到y(tǒng)美國ZSP公司采用易于編譯的硬件系統(tǒng)來解決DSP開發(fā)中面臨的這一問題。其硬件系統(tǒng)包含一個正交指令集，一個透明狀態(tài)機和一個流水線控制單元。其中流水線控制單元是該結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，它代替編程人員對DSP中的并行執(zhí)行單元進行作業(yè)安排控制。通過分配指令到硬件、解決數(shù)據(jù)和資源間的依存問題，從而將指令分組分配到DSP的各個并行執(zhí)行單元。這樣減去了編程人員和編譯器安排分配并行任務的負擔。ZSP公司提供一套完整的軟件開發(fā)工具，讓編程人員管理復雜的DSP編程任務。可以通過命令行直接調(diào)用這一工具，或者通過使用Premia的Codewright編輯器。Codewright是一個開發(fā)工作平臺，通過它可啟動其他應用程序。ZSP就是采用該平臺來管理其Gnu編譯器、匯編器、鏈接器、仿真器以及調(diào)試工具。Codewright開發(fā)環(huán)境進一步擴展，包括了設計項目目錄管理功能，對項目可執(zhí)行程序的生成進行參數(shù)調(diào)整。針對基本的DSP軟件開發(fā)，ZSP公司提供了一個完整的解決方案。美國TI公司認為DSP未來的發(fā)展在于軟件，并已經(jīng)開始著手兩項開發(fā)。首先，它將Code

Composer

IDE的功能與DSP/BIOS和RTDX驅(qū)動程序進行集成，組成綜合開發(fā)環(huán)境Code

Composer

Studio。這是TI將其收購的GoDSP公司Code

Composer

DSP調(diào)試工具與Spectron的低檔DSP操作系統(tǒng)進行統(tǒng)一集成的結(jié)果。其次，它建立了DSP軟件模塊的標準接口，以便更好地重新利用現(xiàn)有的實現(xiàn)了的DSP算法。TI公司認為，通過將一個匯編語言優(yōu)化器集成到其Code

Composer開發(fā)環(huán)境，從而減少了對匯編語言的需要。據(jù)稱該工具產(chǎn)生的編碼的效率可達到手工調(diào)試的匯編語言的80%。對DSP開發(fā)，每個MIP和存儲器字非常珍貴，對這一資源的任何浪費都會影響項目的進展，使之難以完成。但為了提高軟件開發(fā)效率，也必須犧牲一些MIP和存儲器為了更好地開發(fā)

對DSP開發(fā)，每個MIP和存儲器字（Word）非常珍貴，對這一資源的任何浪費都會影響項目的進展，使之難以完成。但為了提高軟件開發(fā)效率，也必須犧牲一些MIP和存儲器。這些MIP和存儲器資源是用在DSP內(nèi)訪問程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方面，訪問程序?qū)SP算法的內(nèi)部表達方式轉(zhuǎn)換成共用的方式，以便進行通信。TI公司提出的軟件標準包含兩個方面，一是處理目標硬件與主機的接口，另一方面處理內(nèi)部的API（應用程序接口）集，以提供DSP軟件模塊間的通信。在主機一側(cè)，是Active

X程序集，用來處理與目標硬件間的通信，并模擬目標器件的行為。這里主機接口包括以下四個主組：項目服務器，編輯服務器，圖象服務器和調(diào)試服務器。其中調(diào)試服務器用來建立和維持與目標硬件間的通信。在目標硬件一側(cè)，鏈接依賴于RTDX和DSP

BIOS。Blue

Wave

Systems的產(chǎn)品經(jīng)理Nick

Keeling對Code

Composer

Studio表示很大的興趣，他說，通過這一產(chǎn)品，可以看到DSP軟件開發(fā)步入成熟。這一進程是TI與其第三方DSP板級開發(fā)商共同合作的結(jié)果，從Code

Composer

Studio開發(fā)的初期，第三方板級開發(fā)商就積極地參與了進來。而這一參與使第三方廠商有能力對Code

Composer

Studio的功能開展進一步開發(fā)。Blue

Wave

Systems公司正對Code

Composer

Studio進行改進，使它能自動識別與之相連的任何電路板，包括讀取電路板上的配置信息，以及識別安裝在電路板上的驅(qū)動程序類型。該公司可提供這種電路板和改進后的具備自動識別功能的Code

Composer

Studio開發(fā)環(huán)境。Analog

Devices公司的Visual

DSP工具集與TI公司的Code

Composer類似，但不包括主機與目標硬件的鏈接。該工具支持其全部SHARC

DSP系列產(chǎn)品。Visual

DSP是集成了IDE和調(diào)試器的一個項目管理工具。原碼調(diào)試工作可在一個C語言和匯編語言的混合環(huán)境中完成。同時調(diào)試工作可通過一個硬件仿真器在主機上進行，也可直接在目標硬件上實現(xiàn)。目標器件接口數(shù)據(jù)流可通過中斷的隨機組合來仿真。并可在指定的地址范圍內(nèi)和地址范圍外設置觀測點進行檢查。這種功能使開發(fā)人員能更好地處理堆棧資源的下溢和上溢。

DSP：數(shù)字化時代的驕子

在即將告別20世紀、步入21世紀的世紀之交的時刻，讓我們首先回顧一下國際上電子工業(yè)最近30年來發(fā)展的歷程：70年代的電子工業(yè)以消費電子為主，代表性的產(chǎn)品是錄像機、攝像機、彩電，主要的生產(chǎn)廠商是日本的Sony、JVC、荷蘭的Philips等家電廠商，依靠的是大規(guī)模生產(chǎn)和優(yōu)秀的質(zhì)量。80年代是計算機時代，代表性的產(chǎn)品是PC機、硬盤驅(qū)動器、打印機，主要生產(chǎn)廠商是美國的Intel、IBM、Microsoft、Compaq等公司。90年代起是信息時代，代表性的產(chǎn)品是個人通信網(wǎng)、網(wǎng)絡接入設備、數(shù)字化消費類電子產(chǎn)品，主要生產(chǎn)廠商目前尚難確定，處于戰(zhàn)國七雄爭霸時代，主要獲勝的戰(zhàn)略之一是以DSP為核心的技術(shù)及其創(chuàng)新產(chǎn)品。DSP可以代表數(shù)字信號處理技術(shù)，也可以代表數(shù)字信號處理器，其實兩者是不可分割的，前者是理論上的技術(shù)，要通過后者變成實際產(chǎn)品。兩者結(jié)合起來就成為解決某一實際問題和實現(xiàn)某一方案的手段——數(shù)字信號處理解決方案（DSPS）。DSPS正在改變我們生活方式的各個方面，例如人們之間的聯(lián)系方式正由轉(zhuǎn)向個人通信方式。人類從發(fā)明到5千萬用戶數(shù)花了70年時間，模擬蜂窩達到5千萬用戶花了14年，而數(shù)字蜂窩（GSM是其中之一）只花了5年就達到相同的用戶數(shù)。再如我們的娛樂方式，VCD、DVD正替代VHS錄像機，數(shù)字電視機開始替代模擬的NTSC或PAL制電視機。家庭影院主要由數(shù)字化A/V設備組成，DSP不僅給你環(huán)繞聲，還為你虛擬各種現(xiàn)場效果。DSP日益進入人們的生活，所以DSP芯片的年增長率超過50%，在最近幾年整個半導體產(chǎn)量下降的情況下，唯有DSP芯片保持高速增長的勢頭。DSP的發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)是CPU速度的急速增快和價格的持續(xù)下降，使DSP制造商面臨兩種選擇，一種是加快DSP的發(fā)展，另一種是退出競爭?？磥碇饕腄SP制造商都選擇了第一種路線，尤其是占全球DSP銷售份額45%的美國TI公司在對公司的產(chǎn)品進行結(jié)構(gòu)性調(diào)整的基礎上，以多元化投資轉(zhuǎn)到單一化投資，確立以DSPS為主要發(fā)展的產(chǎn)品，即集所有技術(shù)、所有產(chǎn)品于DSP。TI公司在原來已被人們熟知的TMS320C1X、TMS320C25、TMS320C3X/4X、TMS320C5X、TMS320C8X的基礎上發(fā)展了三種新的DSP系列，它們是：TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000系列，成為當前和未來相當長時期內(nèi)TI

DSP的主流產(chǎn)品，前面提到的那些老型號產(chǎn)品均將被這三種新系列產(chǎn)品替代。從今年開始，’C1X、’C25、C5X、C8X的價格每年都會上調(diào)，今年提升了10%。而’C2000、’C5000和’C6000三種新系列芯片的價格會逐年作較大幅度的下調(diào)，因此無論從價格還是技術(shù)支持或是從產(chǎn)品開發(fā)的連續(xù)性出發(fā)，建議大家盡量采用新的DSP系列，在進行教學、培訓時也應介紹這三種新的系列。三種新型TMS320

DSP系列的特點1.TMS320C2000——作控制用的最佳DSP，可以替代老的’C1X和’C2X。現(xiàn)在有趨勢集中在以下兩個方向上：（1）’C20X

16位定點DSP，速度為20MIPS，主要用途是、數(shù)字相機、售貨機等，其中：’F206帶有閃速存儲器，售價從5～17美元。（2）’C24X

16位定點DSP，速度為20MIPS，用作數(shù)字馬達控制、工業(yè)自動化、電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、空調(diào)等，售價從4～18美元。2.TMS320C5000——低功耗高性能DSP，16位定點，速度40～200MIPS。主要用途是有線和無線通信、IP、便攜式信息系統(tǒng)、尋呼機、助聽器等。價格5～75美元。圖1是’C5000系列的發(fā)展圖。目前’C5000系列中又有三種新成員，一種是’C5402，這是廉價型的DSP，目標價格是每片5美元（50K批量），速度保持100MIPS，片內(nèi)存儲空間稍小一些，RAM為16K、ROM為4K。主要應用對象是無線Modem、新一代PDA、網(wǎng)絡和其它系統(tǒng)以及消費類電子產(chǎn)品。第二種是’C5420，它擁有兩個DSP核，速度達到200MIPS，200K片內(nèi)RAM，功耗0.32mA/MIPS，200MIPS全速工作時不超過120mW，為業(yè)內(nèi)功耗最低的DSP?！疌5420是當今集成度最高的定點DSP，適合于做多通道基站、服務器、Modem和系統(tǒng)等要求高性能、低功耗、小尺寸的場合。第三種是’C5416，它是TI公司0.15μm器件中的第一款，速度為160MIPS，有三個多通道緩沖串行口（McBSPs），能夠直接與T1或E1線路聯(lián)接，不需要外部邏輯電路，有128K片內(nèi)RAM。應用對象是VoIP、通信服務器、PBX（專用小交換機）和計算機系統(tǒng)等。3.TMS320C6000——這是TI公司1997年2月推向市場的高性能DSP，綜合了目前DSP的所有優(yōu)點，具有最佳的性價比和低功耗。’C6000系列中又分成定點和浮點兩類。（1）’C62XX

16位定點DSP，速度為1200～2000MIPS，用于無線基站、ADSL

Modem、網(wǎng)絡系統(tǒng)、中心局交換機、數(shù)字音頻廣播設備等，價格為21～224美元。（2）’C67XX

32位浮點DSP，速度為1Gflops，用于基站數(shù)字波束形成、醫(yī)學圖像處理、語音識別、3-D圖形等，價格109～233美元。圖2是’C6000系列的發(fā)展圖。從圖中可看出，’C6000在向兩個方向發(fā)展，一是追求更高的性能，二是在保持高性能的同時向廉價型發(fā)展。前者如定點’C6202可以達到2000MIPS的速度，后者如定點’C6211只有25美元、浮點的’C6711僅售20美元。在老的TI

DSP系列中，浮點’C30還是TI公司主推的產(chǎn)品，因此它的售價不像其它老系列每年都要提升。TI公司還在對這個型號作性能改進和制造廉價型，如新近推出的’C33采用0.18μm制造工藝，有1M

RAM，速度為120Mflops，為老產(chǎn)品的兩倍，而價格僅5美元。速度更高的150Mflops為8美元?！疌33與其它’C3X器件代碼兼容，所以用戶可以保護其軟件環(huán)境，在他們換用新器件時還可以減少開發(fā)時間。

DSP為電子業(yè)創(chuàng)造新的機遇

上面所介紹的TI公司的新一代DSP已經(jīng)替代80年代和90年代初的老一代產(chǎn)品，在電子信息產(chǎn)業(yè)方面獲得了廣泛的應用?！疌2000系列已用于數(shù)字馬達控制、數(shù)字照相機、PC照相機；’C5000系列用于蜂窩網(wǎng)、程控交換；’C6000系列用于基站、ADSL、V.90

56K

Modem。有數(shù)百家直接依靠TI的DSP而成立的公司，稱為TI的第三方（Their

Party），它們有做DSP開發(fā)工具的，有從事DSP硬件平臺開發(fā)的，有從事DSP應用軟件開發(fā)的。這些公司基本上是80年代末，90年代初才創(chuàng)建的，開始時往往只有幾個人，經(jīng)過5年、10年現(xiàn)在均發(fā)展到具有相當規(guī)模。如D2

Technologies、DSP

Research、DSP

Tools、Dialogic、GD

DSP、HotHaus、Micro

LAB

Systems、PenTek、Seed、Spectrum

Digital、Spectrum

Signal

Processing、White

Mountain

DSP等公司，在DSP開發(fā)工具、應用軟件、DSP平臺方面都很有成就。相對國外DSP的應用開發(fā)和第三方公司的情況，我國國內(nèi)差距相當大，知道使用DSP的單位不多，這些單位中大多數(shù)還在使用’C25，’C5X。DSP工具開發(fā)已經(jīng)起步，但也只有聞亭和合眾達兩家，而專門從事DSP硬件平臺和應用軟件開發(fā)的單位和公司還沒有，“第三方”在中國基本上是空白。上海交通大學在1997年初與TI公司聯(lián)合成立了DSP技術(shù)中心，除在本科生和研究生中進行新一代DSP的教學外，還盡一切努力開展DSP的應用研究，研究的目標完全放在新產(chǎn)品的開發(fā)方面。我們（指上海交大，以下皆同）組成了一支包括教師、研究生在內(nèi)的三十余人的DSP應用R&D隊伍，配備有TI公司提供的最新DSP開發(fā)工具和齊全的資料，并獲得上海市科委的支持，設立了上海數(shù)字技術(shù)中心。目前我們已經(jīng)和正在進行研究和開發(fā)的項目主要分成以下三類：1.

語音編碼及其相關(guān)產(chǎn)品

在所有的通信系統(tǒng)中，語音通信仍然是最基本的通信方式，也是應用最普遍的。ITU制訂了許多語音壓縮標準，我們已經(jīng)做出來的有用’C542實現(xiàn)的G.728、G.723、GSM06.10，正在進行的有G.722、G.726、G.729、FS1016等。在此基礎上正在研制多通道記錄儀。用自制的’C542壓縮卡，將一張卡的數(shù)碼率從64kbps降到13kbps，語音質(zhì)量MOS（平均判分）為3.7，而國內(nèi)使用最普遍的語音卡采用ADPCM算法，32kbps時才有相同的音質(zhì)，號稱能用到16kbps，但音質(zhì)僅為2分。我們每張卡可同時壓縮8路，一臺PC機可插4張卡，同時壓縮32路。另一個正在開發(fā)的是數(shù)字擴容系統(tǒng)（DCME），采用’C6201DSP和ITU-G.728語音壓縮算法、將E1的每路64kbps壓縮到16kbps，壓縮4倍，這樣可將30路的E1擴容至120路的E2系統(tǒng)。2.

Hi-Fi音頻壓縮及相關(guān)產(chǎn)品

最近幾年VCD、DVD、MD、DAB、DVB等數(shù)字音視頻產(chǎn)品萬紫千紅，在這些數(shù)字化新家電中，DSP最起作用的地方是Hi-Fi的音頻處理，我們已對MPEG音頻Layer2、Layer3、MPEG-2

AAC、Dolby

AC-3等用C語言仿真研究，在此基礎上用’C549實現(xiàn)了MP3解碼器的初樣。正在用’C6201和’C6701分別實現(xiàn)MP3編碼器和MPEG-2

AAC編解碼器。MPEG-2

AAC重建的音質(zhì)超過MP3和AC-3將成為21世紀直播衛(wèi)星、地面DAB和SW、MW、AM廣播數(shù)字化的首選標準。3.

圖象壓縮及相關(guān)產(chǎn)品

完成用’C542實現(xiàn)的脫機的便攜式彩色靜止圖像傳輸系統(tǒng)，分辨率有576×480、352×288（CIF）、176×144（QCIF）等可選擇，發(fā)送端圖像壓縮終端如一般的Modem大小，可通過Modem在PSTN（公共交換網(wǎng)）上撥號傳輸圖像，也可通過無線Modem在CDPD分組無線數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳輸，適用于遠程監(jiān)控、彩色文件傳送。在此基礎上正在開發(fā)用’C6201

DSP的符合H.263標準的可視。我們對DSP的應用前景充滿希望和信心，也盼望有更多的高校、科研機構(gòu)、公司開展DSP的應用研究，藉此開發(fā)最新的數(shù)字化電子產(chǎn)品，為振興我國電子工業(yè)作出貢獻。

原載：DSP主宰下一浪數(shù)字熱潮

由于數(shù)字信號處理器DSP可以高速處理極為大量的數(shù)字化數(shù)據(jù)，在各種電子機日益數(shù)字化的今天，DSP將要繼續(xù)高速增長，其應用仍將擴大。根據(jù)新的需求發(fā)展，DSP將要向低價格、高性能、專用化和擴充有快閃ROM功能方向發(fā)展。在新聞界一片贊揚數(shù)字化聲中，世界電子產(chǎn)品市場又開始熱鬧起來。形形色色的數(shù)字化電子機器產(chǎn)品，繁花似錦，諸如，數(shù)字化電視機、數(shù)字化移動、數(shù)字化無繩、數(shù)字化照像機和數(shù)字化攝像記錄一體型VTR等，不勝列舉。數(shù)字化電子機器日益增多，意味著邁向多媒體信息化社會的步伐加快。實現(xiàn)多媒體信息化已不是夢想，而是一步一步地向人們走來。對于多媒體信息化社會，需要以先進的技術(shù)手段去傳送、處理和顯示極為龐大而復雜的數(shù)據(jù)。固然模擬式的電子機器實現(xiàn)數(shù)字化可以提高性能和質(zhì)量，而另一方也需要裝備大量的高速數(shù)字集成電路IC。特別是模擬式的圖形、圖像信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的代碼信息，盡管采用現(xiàn)代數(shù)字壓縮技術(shù)，仍然是存在相當可觀的信息量。例如，一部72分鐘的電影膠片，采用MPEGⅡ技術(shù)壓縮后的數(shù)字化代碼圖像信息。仍需要高達3GB的磁盤才能容納下全球信息?，F(xiàn)代數(shù)字信號處理器是執(zhí)行高速數(shù)字信號處理的IC電路、它恰好適應多媒體信息化社會需求，迅速發(fā)展壯大。如今，世界電子器件市上，各種各樣的DSP器件已相當豐富，詳見照片1所示。大大小小封裝形式的DSP器件，已廣泛應用于各種產(chǎn)品的生產(chǎn)領域，如照片2所示，而且DSP的應用領域仍在不斷地擴大，發(fā)展迅速異常。

一、數(shù)字化移動數(shù)字化移動盡管花樣繁雜，但基本上可劃為兩大類：高速移動和低速移動。其中，高速移動顧名思義是在高速移動體里使用的，諸如可在飛機、輪船和汽車等里自由通話的。雖然數(shù)字化高速移動通過標準很多，但當今普遍應用的是歐洲GSM（GlobalSystemforMobileCommunication）標準。自從推出數(shù)字化蜂窩式機以來，現(xiàn)已遍布全球70多個國家廣泛應用。俗稱GSM標準的數(shù)字化蜂窩，叫作數(shù)字化大哥大，它具備國際漫游（Roaming）功能，SIMC（SubscriberIdentificationModuleCard）給用戶帶來使用大哥大的方便?，F(xiàn)正在擴展數(shù)據(jù)通信服務能力以及它與ISDN系統(tǒng)兼容性，例如，英國BT公司的Cellnet部已經(jīng)利用GSM提供數(shù)字化數(shù)據(jù)和服務，于是東芝筆記本電腦也安上了數(shù)字化的大哥大。所謂低速移動，當然在高速移動體里完全不能應用，然而在步行速度下卻很好用，價格遠比數(shù)字化大哥大便宜，因此稱為窮人的大哥大。低速移動就其實質(zhì)而論。它是數(shù)字化無繩，仍然保持模擬式無繩的子母式結(jié)構(gòu)：子機亦稱為，可以距母機為百米左右半徑內(nèi)的空間里自由步行移動情況下實現(xiàn)通過話；母機也稱為基地站，可作為家庭里的留守，也可懸掛在商店的墻壁上，街道的電線柱上，廣為分布。由統(tǒng)一的交換設施進行管理，實現(xiàn)無縫交遞（SeamlessHandOn）功能。這類低速移動式標準很多。例如，歐洲較為普遍應用的DECI（DigitalEuropeanCordlessTelecommunictaion），日本、南韓東南亞應用的PHS（PersonalHandy－phoneSystem）以及Philips和我國聯(lián)合開發(fā)的DCCT（DigitalChinaCordlessTelephone）。其中，尤以PHS和DECT制式低速移動發(fā)展較快，我國的DCCT由于缺乏關(guān)鍵性的DSP技術(shù)仍處于設計階段。數(shù)字化移動（包括高速和低速）的每個，都要用至少1個DSP器，因此，高速發(fā)展的數(shù)字化移動急需極為大量的DSP器件，請參閱照片3。

二、數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器從所周知，數(shù)字信號處理器的傳統(tǒng)應用領域之一，就是調(diào)制解調(diào)器。如今，調(diào)制解調(diào)器作為聯(lián)系通信與多媒體信息處理系統(tǒng)的紐帶，日益受到重視。特別是近年來Internet熱潮，方興未艾，普通百姓在Internet上沖浪蔚然成風。利用PC機通過調(diào)制解調(diào)器經(jīng)由線路，實現(xiàn)撥號連接Internet已是最簡便的訪問形式。由于Internet用戶急劇增加，一度致使28．8Kbps的調(diào)制解調(diào)器成為市場上的脫銷產(chǎn)品。特別是由PC機上利用瀏覽程序調(diào)用活動圖像信息時，期望使用數(shù)據(jù)傳送速度更高的調(diào)制解調(diào)器。為適應這種新需求，國際上已制訂出高速（33．6Kbps）調(diào)制解調(diào)器國際標準。這就意味，在高速調(diào)制解調(diào)器里需要更高性能的DSP器件。這種33．6Kbps的調(diào)制解調(diào)器（V．34）是為傳送數(shù)據(jù)而設計的，在此基礎上發(fā)展出DSVD調(diào)制解調(diào)器，它既可傳送數(shù)據(jù)又可傳送聲音。無疑，這樣一來將需要更高功能的DSP器件。隨著高性能調(diào)制解調(diào)器不斷出現(xiàn)，似乎低速的調(diào)制解調(diào)器如像V．17（14．4Kbps）再也沒有用武之地。事實上，剛剛相反，如今信息家電抬頭，例如PHS母機留守與個人FAX一體化的產(chǎn)品大量上市。這就是說，V．17（14．4Kbps）型的調(diào)制解調(diào)器仍有市場。于是，各種調(diào)制解調(diào)器里要求的DSP也是多種多樣的。

三、磁盤／光盤控制器需求隨著多媒體信息化的發(fā)展，各種信息存儲媒體產(chǎn)品都應運而生，諸如磁盤存儲器、CD－ROM和DVD（DigitalVersatileDisk）－ROM新產(chǎn)品紛紛上市。今日的磁盤驅(qū)動器HDD，存儲容量已相當可觀，大型HDD姑且不談，就連普通PC機的HDD的存儲容量已高在1GB以上，詳見照片4。小型HDD向高密度、高存儲容量和高速存取方向發(fā)展，其控制器必須具備高精度和高速響應特性，它所用的DSP性能也是今非昔比，高速DSP是必不可少的關(guān)鍵性器件。日本的HDD技術(shù)不能超過美國，于是把主攻方向集中到光盤技術(shù)，在1996年日本第35屆ElectronicsShow＇96上，終于把DVD－ROM產(chǎn)品公布于眾。而且，日本并不以此為滿足，志在奪取可擦寫的DVD－RAM。僅就DVD－ROM而論，單面1片12cm盤片記錄4．7GB信息量，相當于直徑12cm的軟盤FD片3200張之多，比CD－ROM存儲容量高出6倍。如此高密度的DVD－ROM，讀出控制的精細程度可想而知。HDD和光盤機的控制器里之所以必須利用高速DSP，主要是利用其高速“積和”處理能力。因為，盤片旋轉(zhuǎn)控制、磁頭定位控制和光盤中的激光束聚焦控制，都是采數(shù)字伺服與系統(tǒng)控制技術(shù)。這是現(xiàn)在控制技術(shù)，建立在數(shù)學模型基礎之上。通過復雜的矩陣運算實現(xiàn)控制。沒有高速運算的DSP，是絕對不行的。

四、圖形圖像處理需求DVD里應用的活動圖像壓縮／解壓縮用MPEG2編碼／譯碼器，同時也廣泛地應用于視頻點播VOD、高品位有線電視和衛(wèi)星廣播等諸多領域。在這些領域里，應用的DSP應該具備更高的處理速度和功能。而且，活動圖像壓縮／解壓技術(shù)也日新月異，例如，DCT變換域編碼很難提高壓縮比與重構(gòu)圖像質(zhì)量，于是出現(xiàn)了對以視覺感知特性為指導的小波分析圖像壓縮方法。新的算法出現(xiàn)，要求相應的高性能DSP。最近，日本各大學和高技術(shù)企業(yè)對于開發(fā)虛擬現(xiàn)實VR系統(tǒng)，投入相當力量，利用現(xiàn)代計算機圖像學CG生成3維圖形，迫切需要多個DSP并行處理系統(tǒng)。其中，系統(tǒng)里的結(jié)點DSP單元，要求采用與并行處理相適應的體系結(jié)構(gòu)。彩色靜止圖像壓縮／解壓，現(xiàn)在普遍應用JPEG標準，其核心算法也是離散余弦變換。JPEG編碼／譯碼器的應用，除了數(shù)字化照像機之外，估計彩色打印機和彩色掃描器也將要應用。因此，對于普通DSP的用量，必將日益增長。

五、汽車電子系統(tǒng)及其它應用領域汽車電子系統(tǒng)日益興旺發(fā)達起來，諸如裝設紅外線和毫米波雷達，將需用DSP進行分析。如今，汽車愈來愈多，防沖撞系統(tǒng)已成為研究熱點。而且，利用攝像機拍攝的圖像數(shù)據(jù)需要經(jīng)過DSP處理，才能在駕駛系統(tǒng)里顯示出來，供駕駛?cè)藛T參考。應用DSP的領域可以說是不勝枚舉，電視會議系統(tǒng)里，也大量應用DSP器件。視聽機器里也都應用DSP。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，將會出現(xiàn)許許多多的DSP新應用領域。

原載：DSP產(chǎn)品應用領域持續(xù)擴大

一、DSP程序開發(fā)為了使DSP有效運行、必須要用能充分考慮DSP內(nèi)部并行性的匯編語言進行編制DSP程序。前面提到，美國TI公司的DSP推銷員說DSP編程容易，實際上他是指DSP的匯編語言相對于計算機的匯編語言而言，比較容易一些，因為沒有像計算機匯編語言那樣復雜。但是，對于習慣用高級語言編程的用戶，利用DSP匯編語言編程還是有困難的。因為，匯編語言是面向機器的程序設計語言，它是一種把機器語言（機器指令碼）符號化的低級程序設計語言。使用計算機匯編語言的用戶一定要熟悉機器硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)；使用DSP匯編語言的用戶一定要熟悉DSP芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，這對于DSP用戶來說也實非容易的事情。從發(fā)展DSP應用角度觀察，應該有相當規(guī)模的DSP開發(fā)應用隊伍，這個隊伍的成員應該掌握使用匯編語言AssemblyLanguage編程基本功，才能開發(fā)出高效率的DSP應用程序。特別是在利用多個DSP芯片開展并行處理應用時，具有這種編程基本功底是絕對必要的。甚至，在某些專業(yè)應用領域，諸如，日本簡易便攜PHS、磁盤驅(qū)動器里的控制系統(tǒng)等，可能僅有一塊DSP芯片，供編程的空間很小，需要用DSP指令編寫高效率精干的小程序。因為，利用匯編語言編制應用程序，DSP還需要一種匯編程序Assembler通過代真把源程序中各個符號轉(zhuǎn)換成DSP可執(zhí)行的指令代碼。Assembler也要占用DSP的有限存儲空間。前文提及的正確理解DSP，實際上也包括這一層含義。也就是說，不對DSP的性能和結(jié)構(gòu)有透澈地了解，很難推廣DSP應用。從DSP編程角度觀察，需要重視以下兩點：首先，DSP處理任務的執(zhí)行時間要給予重視，其次，C語言及其編譯程序Compiler支持工具也很重要。這是日本武藏工業(yè)大學的學者曾禰元隆等研究DSP應用的重要心得體會，對于推廣DSP應用具有重要意義。現(xiàn)在，美國TI公司盡管已提供軟件支持工具，但是，對于并行執(zhí)令還有一定的困難。如今美國、墨西哥和日本武藏工業(yè)大學等，正在積極地開發(fā)更好用的編譯程序，除了特殊指令以外，已經(jīng)可以實現(xiàn)自動翻譯。日本武藏工業(yè)大學的DSP研究與開發(fā)狀況如下：對于TI公司的DSP系列產(chǎn)品中的C40和C3X的新編譯程序已基本上開發(fā)出來，對于其他的DSP用的軟件工具正在加緊研究與開發(fā)之中。

二、多個DSP并行處理隨著數(shù)字信號處理器DSP芯片逐年增多和芯片價格的降低，多個DSP芯片并行處理的實用化研究，成為近年來DSP研究熱點之一。提起多個DSP并行處理，使人們很快聯(lián)想到跨入九十年代的超級并行處理MPP（MassivelyParalleProcessing）巨型機熱潮。這類機器一上市，宣稱具備三大特點：〈1〉高性能—MPP巨型機的峰值處理性能可以理解為單個微處理器的性能與系統(tǒng)內(nèi)容納的微處理器總個數(shù)的乘積，系統(tǒng)里鏈接的MPU個數(shù)愈多，則峰值處理速度愈高；〈2〉伸縮性—系統(tǒng)伸縮性包含多種含義，系統(tǒng)性能、系統(tǒng)通信帶寬等都與系統(tǒng)內(nèi)鏈接的微處理器個數(shù)成線性增長關(guān)系，系統(tǒng)規(guī)?？纱罂尚。憩F(xiàn)出良好的可伸縮性；〈3〉高性能／價格比—無論CISC還是RISC微處理器MPU都是工業(yè)化大生產(chǎn)的標準產(chǎn)品，構(gòu)筑成MPP巨型機，其性能可同向量機媲美，而價格僅為向量巨型機的1／10甚至更低，堪稱是高性能／價格比。九十年代初期的MPP巨型機，由于技術(shù)不夠成熟，特別是編譯系統(tǒng)不成熟，導至MPP巨型機實際有效性能僅為其峰值處理速度的1／10以下。早期的MPP巨型機廠家，如象赫赫有名的美國TMC公司、KSR（KendallSquareResearch）公司都先后倒閉，美國著名的小巨型機廠家Convex公司已被HP公司并購。但是，這些有創(chuàng)見的小公司開發(fā)的先進技術(shù)，依然存在并經(jīng)過不斷改進正被發(fā)揚光大。例如，有關(guān)的“超級計算機更高無盡頭”報道，MPP巨型機的峰值處理速度已超過1TFLOPS，正向100TFLOPS沖刺?，F(xiàn)在，對于超級并行處理MPP技術(shù)已歷經(jīng)多年探索研究，正開始走出搖籃期向成熟化方向邁進。據(jù)日本京都大學工學部教授富田真治分析，MPP技術(shù)走向成熟，將需在以下5方面取得突破性進展：〈1〉并行處理語言、調(diào)試程序和軟件工具，要求實現(xiàn)標準化；〈2〉需要加強應用研究，掌握和理解大規(guī)模應用程序，要對并行處理程序的處理類型分類，需要有基準測試程序評價；〈3〉研究MPP巨型機的單元處理器的體系結(jié)構(gòu)，優(yōu)化出單元處理器結(jié)構(gòu)；〈4〉共享存儲器結(jié)構(gòu)和消息傳送結(jié)構(gòu)有待進一步研究，大規(guī)模共享存儲器系統(tǒng)里，緩存控制采取登錄方式可能會有大發(fā)展；〈5〉高速互連網(wǎng)絡和同步結(jié)構(gòu)是MPP系統(tǒng)的重要組成部分，有待進一步研究和發(fā)展。美國NII構(gòu)想的核心部分HPCC計劃已接近尾聲，日本與美國HPCC對抗的計劃Mandala正在實施，將必然要對上述MPP關(guān)鍵性技術(shù)取得突破性進展。在這樣的背景下，國際上出現(xiàn)多個DSP并行處理研究與開發(fā)熱點，顯然是緊密相關(guān)的。因為，把MPP系統(tǒng)與現(xiàn)在研究的多個DSP并行處理系統(tǒng)兩相對照（參閱圖1所示的多個DSP網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)），不難發(fā)現(xiàn)MPP系統(tǒng)和多個DSP并行處理系統(tǒng)極為相擬?，F(xiàn)在之所以稱圖1所示的系統(tǒng)為多個DSP并行處理系統(tǒng)，是因為網(wǎng)絡結(jié)點上的處理器是數(shù)字信號處理器DSP。假若標明處理器是復雜指令集計算機CISC型或精簡指令集計算機RISC型微處理器MPU，則該系統(tǒng)就是超級并行處理巨型機系統(tǒng)。因此，現(xiàn)在出現(xiàn)的多個DSP網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)或者多個DSP并行處理系統(tǒng)并不是新東西，而是現(xiàn)代MPP技術(shù)向數(shù)字信號處理領域擴散的結(jié)果?，F(xiàn)代科學技術(shù)高度綜合發(fā)展的今天，各種科學技術(shù)相互交叉和滲透，MPP技術(shù)擴展到數(shù)字信號處理領域也是很自然的。歐美各工業(yè)發(fā)達國家已把DSP并行處理系統(tǒng)中結(jié)點處理器個數(shù)擴展到128個，試圖獲得更高的信號處理速度。日本武藏工業(yè)大學現(xiàn)已研制出幾種DSP網(wǎng)絡，例如，C25

16、C40

32和86220

16等，實現(xiàn)高速運算。據(jù)該大學的DSP研究與開發(fā)實踐發(fā)明，利用多個DSP執(zhí)行大規(guī)模處理任務時，各DSP之間交換數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和對各DSP均衡地分配處理任務，都是重要的研究課題。這個問題不解決，盡管網(wǎng)絡里有多個DSP結(jié)點，也是不能充分發(fā)揮各結(jié)點DSP作用和實現(xiàn)高速處理。連接DSP的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)是多種多樣，最簡單的連接方式是總線結(jié)構(gòu)，其它，像超立方體連接、樹狀連接和環(huán)狀連接等等，都各有其特點，也只能根據(jù)應用問題的類型選擇相應的連接機構(gòu)。特別是多個DSP并行處理系統(tǒng)的管理也是個難題，為此需要考慮內(nèi)置操作系統(tǒng)OS功能的管理電路，用于母板，路由器和仲裁器等管理。從日本高等學校研究與開發(fā)多個DSP并行處理系統(tǒng)中所遇到技術(shù)問題，可以看到問題的性質(zhì)和在MPP系統(tǒng)里的問題在本質(zhì)上是一樣的，只是因為目前系統(tǒng)規(guī)模還不大，問題不那么突出罷了。不難想像隨著DSP網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)規(guī)模的擴大，必然要借鑒更多的MPP新技術(shù)。無疑，也必須要研究DSP并行處理語言和編譯程序以及調(diào)試軟件工具；需要掌握和理解DSP大規(guī)模應用程序；需要研究適合多個DSP并行處理系統(tǒng)中的結(jié)點DSP的體系結(jié)構(gòu)，優(yōu)化出DSP結(jié)構(gòu)；對于共享存儲器結(jié)構(gòu)，消息傳送結(jié)構(gòu)以及DSP互連網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，都將需要進行深入研究。難怪，日本武藏工業(yè)大學電力信息研究室的教授曾彌元隆一再大聲疾呼，要正確地理解DSP功能，將其用于控制和實時計算，巨型實時計算，要考慮研制出經(jīng)得住國際競爭的系統(tǒng)產(chǎn)品。他還著重指出，多DSP網(wǎng)絡是國際上近一兩年出現(xiàn)的新研究熱點，值得注意的是國際上已把多DSP的網(wǎng)絡系統(tǒng)用于VR和CG等領域，日本應該在這方面有所作為。

三、瞄準CG和VR所謂計算機圖像學CG（ComputerGraphics）是研究用計算機處理圖形信息，或者是研究處理人和計算機之間圖形通信等有關(guān)的理論和技術(shù)叫作計算機圖像學CG。眾所周知，傳統(tǒng)的方法把要求計算機處理的問題輸入到計算機和獲取計算機處理的