數(shù)字信號控制器的新進展

       數(shù)字信號控制器（DSC）已開始在處理許多以往需由微控制器（MCU）和數(shù)字信號處理器（DSP）共同完成的復雜問題上嶄露頭角。作為這兩種器件的一種混合，DSC隨時準備加入它們的行列（見圖1）并將與其共存。
   
    　　DSP作為一種專用微處理器（MPU），可以盡可能快的速度來執(zhí)行少量非常特定的指令和操作。實現(xiàn)該功能的傳統(tǒng)方法是采用硬件模擬濾波器（而不是基于軟件的數(shù)字技術(shù)）。信號處理能力的一個主要方面就是實時性能。
   
    　　由于要求處理的輸入信號是用于諸如電話、電視、多媒體系統(tǒng)和CD播放機等用途的，因此必須在沒有任何延遲的情況下對其進行快速處理。如果DSP不能以足夠快的速度進行信號處理，那么這些應用將失去實際意義。
   
    　　當初開發(fā)MCU的目的是以犧牲某些性能為代價，利用可編程性來提供大量的靈活性。所有可由DSP完成的操作均可由MCU（或MPU，它與MCU是同類器件，只是少了集成的片上外圍元件）來完成。不同之處在于MCU的信號處理操作速度較慢，但它可對數(shù)據(jù)進行許多其他類型的處理。因此，采用MCU的應用一般都有一個可能需要執(zhí)行若干不同類型的任務（而不是那種DSP算法標志性的重復性數(shù)字搗弄）的控制電路。
   
    　　MCU被優(yōu)選用于完成一系列對來自各種信源的輸入數(shù)據(jù)的幾乎所有組合的邏輯、診斷和算術(shù)運算，而DSP則在完成重復性的數(shù)字密集型任務方面具有很高的效率。
   
    　　典型的DSP運算
   
    　　DSP所能高效執(zhí)行的重復性數(shù)字搗弄運算主要是加法、乘法、延遲和陣列處理。圖2 示出了用于圖形和音頻處理的最常見的DSP運算之一 —— 一種簡單的有限脈沖響應（FIR）濾波器。
   
    　　對取自不同位置的數(shù)據(jù)進行乘法和加法運算，運算結(jié)果存儲在一個臨時結(jié)果寄存器中。由于數(shù)據(jù)代表的是一個連續(xù)的信號流（如同一個模擬波形），因此被存儲在連續(xù)的存儲單元中。利用允許寄存器內(nèi)容（用于指出操作數(shù)）自動增加的尋址方式可對通常與這些數(shù)據(jù)一道使用的連續(xù)地址進行高效處理。
   
    　　通用DSP結(jié)構(gòu)被優(yōu)化，以實現(xiàn)這些簡單操作的快速執(zhí)行，在一個周期里往往能夠執(zhí)行若干乘法和加法（MAC）運算。
   
    　　DSP和MCU的性能
   
    　　DSP和MCU的某些性能一直被認為是它們所*的，DSC則將它們統(tǒng)統(tǒng)納入其混合結(jié)構(gòu)中。這些*性能的基本說明如下。
   
    　　DSP的第一個基本要求就是用于執(zhí)行MAC運算的專用硬件，以及累加（結(jié)果）寄存器中用于防止一系列MAC運算的結(jié)果溢出的保護位。許多傳統(tǒng)MCU也包含MAC指令，盡管無法和頂級的專用DSP的并行MAC運算能力（在一個周期里可完成許多運算）相提并論。
   
    　　DSP的另一個特定要求是能夠同時訪問多個存儲單元，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的同時獲取并提高吞吐量。這種被稱為Harvard體系的結(jié)構(gòu)要求數(shù)據(jù)和指令具有獨立的總線。雖然許多MCU仍然采用傳統(tǒng)的Von Neumann體系（用一條總線來獲取地址和數(shù)據(jù)），但不少MCU目前已在使用Harvard體系。
   
    　　DSP的第三個性能是可以形成地址，并在不產(chǎn)生執(zhí)行單元瓶頸的情況下獲取操作數(shù)。DSP的地址生成單元能夠在處理指令的同時獨立工作。
   
    　　尋址方式被優(yōu)化，用于支持對存儲數(shù)據(jù)的順序存儲單元的訪問。對MCU而言，這一屬性目前也已經(jīng)比較常見了——尋址方式（比如采用算后增量的寄存器間接尋址方式）允許MCU對編排形式與DSP相似的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行訪問。
   
    　　DSP的第四個重要的硬件單元——桶形寄存器是用于快速處理寄存器內(nèi)容以對數(shù)據(jù)進行擴縮的專用電路。定點DSP需要對數(shù)據(jù)進行擴縮以在浮點處理器上生成相同的有效動態(tài)范圍。
   
    　　可利用軟件對桶形寄存器的動作進行仿真，但這太費時間，在實時視頻和音頻應用中恐怕是不可行的。硬件桶形寄存器正在成為最新MCU的常見功能。
   
    　　傳統(tǒng)MCU的通用性能是其與DSP屬性上最大的不同，這在它的指令集和尋址方式上均有所反映。MCU包含許多面向控制的指令、位處理指令以及可采用棧指針輕松實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理性能。專用棧指針和棧指針相對尋址簡化了編譯器的操作，并可將編譯代碼優(yōu)化至可能的最小尺寸。
   
    　　MCU的另一項性能是包容了片上外圍元件。盡管新型DSP目前包含某些外圍模塊（如存儲器和串行通信控制器），但MCU則往往是將其周圍的外圍芯片加以集成的PC板上器件