dsp芯片和arm芯片在技術(shù)與應(yīng)用上有哪區(qū)別

dsp芯片和arm芯片在技術(shù)與應(yīng)用上有哪區(qū)別DSP：DSP（digitalsingnalprocessor）是一種獨特的微處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。一個數(shù)字信號處理器在一塊不大的芯片內(nèi)包括有控制單元、運算單元、各種寄存器以及一定數(shù)量的存儲單元等等，在其外圍還可以連接若干存儲器，并可以與一定數(shù)量的外部設(shè)備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個微型計算機。DSP采用的是哈佛設(shè)計，即數(shù)據(jù)總線和地址總線分開，使程序和數(shù)據(jù)分別存儲在兩個分開的空間，允許取指令和執(zhí)行指令完全重疊。也就是說在執(zhí)行上一條指令的同時就可取出下一條指令，并進(jìn)行譯碼，這大大的提高了微處理器的速度。另外還允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間進(jìn)行傳輸，因為增加了器件的靈活性。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，源源超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。DSP芯片，由于它運算能力很強，速度很快，體積很小，而且采用軟件編程具有高度的靈活性，因此為從事各種復(fù)雜的應(yīng)用提供了一條有效途徑。其主要應(yīng)用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：（1）在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；（3）片內(nèi)具有快速RAM，通常可通過獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持；（6）具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；（7）可以并行執(zhí)行多個操作；（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。當(dāng)然，與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對較弱些。DSP優(yōu)勢在于其有獨特乘法器，一個指令就可以完成乘加運算，但GPP（通用處理器）處理一般是用加法代替乘法，要n多cpu周期，盡管cpu主頻很快，但還是要相當(dāng)時間，這一點現(xiàn)在的GPP已經(jīng)基本上可以做到內(nèi)部單周期運算乘加指令了。數(shù)字信號處理是一種通過使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來處理現(xiàn)實信號的方法，這些信號由數(shù)字序列表示。在過去的二十多年時間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用ARM：ARM（AdvancedRISCMachines），既可以認(rèn)為是一個公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。1991年ARM公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器，即我們通常所說的ARM微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75％以上的市場份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。ARM公司是專門從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，而是轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購買其設(shè)計的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的ARM微處理器芯片進(jìn)入市場。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用ARM公司的授權(quán)，因此既使得ARM技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場被消費者所接受，更具有競爭力。ARM最大的優(yōu)勢在于速度快、低功耗、芯片集成度高，多數(shù)ARM芯片都可以算作SOC，基本上外圍加上電源和驅(qū)動接口就可以做成一個小系統(tǒng)了。基于ARM核心處理器的嵌入式系統(tǒng)以其自身資源豐富、功耗低、價格低廉、支持廠商眾多的緣故，越來越多地應(yīng)用在各種需要復(fù)雜控制和通信功能的嵌入式系統(tǒng)中。ARM與DSP的比較：區(qū)別：由于兩大處理器在各自領(lǐng)域的飛速發(fā)展，如今兩者中的高端或比較先進(jìn)的系列產(chǎn)品中，都在彌補自身缺點、且擴大自身優(yōu)勢，從而使得兩者之間的一些明顯不同已不再那么明顯了，甚至出現(xiàn)兩者部分結(jié)合的趨勢（如ARM的AMBA總線，可以把DSP或其他處理器集成在一塊芯片中；又如DSP中的兩個系列OMAP和達(dá)芬奇系列，就是直接針對兩者的廣泛應(yīng)用而將兩者結(jié)合在一起，從而最大發(fā)揮各自優(yōu)勢），另外，兩者各自不同系列的產(chǎn)品側(cè)重點也不盡相同，所以這里討論的是一些傳統(tǒng)意義上比較?？偟膩碚f主要區(qū)別有：ARM具有比較強的事務(wù)管理功能，可以用來跑界面以及應(yīng)用程序等，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在控制方面，它的速度和數(shù)據(jù)處理能力一般，但是外圍接口比較豐富，標(biāo)準(zhǔn)化和通用性做的很好，而且在功耗等方面做得也比較好，所以適合用在一些消費電子品方面；而DSP主要是用來計算的，比如進(jìn)行加密解密、調(diào)制解調(diào)等，優(yōu)勢是強大的數(shù)據(jù)處理能力和較高的運行速度。由于其在控制算法等方面很擅長，所以適合用在對控制要求比較高的場合，比如軍用導(dǎo)航、電機伺服驅(qū)動等方面。如果只是著眼于嵌入式應(yīng)用的話，嵌入式CPU和DSP的區(qū)別應(yīng)該只在于一個偏重控制一個偏重運算了。另外：內(nèi)核源碼開放的Linux與ARM體系處理器相結(jié)合，可以發(fā)揮Linux系統(tǒng)支持各種協(xié)議及存在多進(jìn)程調(diào)度機制的優(yōu)點，從而使開發(fā)周期縮短，擴展性增強。詳細(xì)來說：DSP的優(yōu)勢主要是速度，它可以在一個指令周期中同時完成一次乘法和一次加法，這非常適合快速傅立葉變換的需求。DSP有專門的指令集，主要是專門針對通訊和多媒體處理的；而ARM使用的是RISC指令集（當(dāng)然ARM的E系列也支持DSP指令集）是通用處理用的。存儲器架構(gòu)和指令集特點不一樣單片機為了存儲器管理的方便（便于支持操作系統(tǒng)），一般采用指令、數(shù)據(jù)空間統(tǒng)一編碼的馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。DSP為了提高數(shù)據(jù)吞吐的速度，基本上都是指令、數(shù)據(jù)空間獨立的哈佛結(jié)構(gòu)。單片機對于數(shù)字計算方面的指令少得多，DSP為了進(jìn)行快速的數(shù)字計算，提高常用的信號處理算法的效率，加入了很多指令，比如單周期乘加指令、逆序加減指令（FFT時特別有用，不是ARM的那種逆序），塊重復(fù)指令（減少跳轉(zhuǎn)延時）等等，甚至將很多常用的由幾個操作組成的一個序列專門設(shè)計一個指令可以一周期完成（比如一指令作一個乘法，把結(jié)果累加，同時將操作數(shù)地址逆序加1），極大的提高了信號處理的速度。由于數(shù)字處理的讀數(shù)、回寫量非常大，為了提高速度，采用指令、數(shù)據(jù)空間分開的方式，以兩條總線來分別訪問兩個空間，同時，一般在DSP內(nèi)部有高速RAM，數(shù)據(jù)和程序要先加載到高速片內(nèi)ram中才能運行。DSP為提高數(shù)字計算效率，犧牲了存儲器管理的方便性，對多任務(wù)的支持要差的多，所以DSP不適合于作多任務(wù)控制作用。1對密集的乘法運算的支持GPP不是設(shè)計來做密集乘法任務(wù)的，即使是一些現(xiàn)代的GPP，也要求多個指令周期來做一次乘法。而DSP處理器使用專門的硬件來實現(xiàn)單周期乘法。DSP處理器還增加了累加器寄存器來處理多個乘積的和。累加器寄存器通常比其他寄存器寬，增加稱為結(jié)果bits的額外bits來避免溢出。同時，為了充分體現(xiàn)專門的乘法-累加硬件的好處，幾乎所有的DSP的指令集都包含有顯式的MAC指令。2存儲器結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)上，GPP使用馮。諾依曼存儲器結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)中，只有一個存儲器空間通過一組總線（一個地址總線和一個數(shù)據(jù)總線）連接到處理器核。通常，做一次乘法會發(fā)生4次存儲器訪問，用掉至少四個指令周期。大多數(shù)DSP采用了哈佛結(jié)構(gòu)，將存儲器空間劃分成兩個，分別存儲程序和數(shù)據(jù)。它們有兩組總線連接到處理器核，允許同時對它們進(jìn)行訪問。這種安排將處理器存貯器的帶寬加倍，更重要的是同時為處理器核提供數(shù)據(jù)與指令。在這種布局下，DSP得以實現(xiàn)單周期的MAC指令。還有一個問題，即現(xiàn)在典型的高性能GPP實際上已包含兩個片內(nèi)高速緩存，一個是數(shù)據(jù)，一個是指令，它們直接連接到處理器核，以加快運行時的訪問速度。從物理上說，這種片內(nèi)的雙存儲器和總線的結(jié)構(gòu)幾乎與哈佛結(jié)構(gòu)的一樣了。然而從邏輯上說，兩者還是有重要的區(qū)別。GPP使用控制邏輯來決定哪些數(shù)據(jù)和指令字存儲在片內(nèi)的高速緩存里，其程序員并不加以指定（也可能根本不知道）。與此相反，DSP使用多個片內(nèi)存儲器和多組總線來保證每個指令周期內(nèi)存儲器的多次訪問。在使用DSP時，程序員要明確地控制哪些數(shù)據(jù)和指令要存儲在片內(nèi)存儲器中（CMD文件的編寫）。程序員在寫程序時，必須保證處理器能夠有效地使用其雙總線。此外，DSP處理器幾乎都不具備數(shù)據(jù)高速緩存。這是因為DSP的典型數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)流。也就是說，DSP處理器對每個數(shù)據(jù)樣本做計算后，就丟棄了，幾乎不再重復(fù)使用。3零開銷循環(huán)如果了解到DSP算法的一個共同的特點，即大多數(shù)的處理時間是花在執(zhí)行較小的循環(huán)上，也就容易理解，為什么大多數(shù)的DSP都有專門的硬件，用于零開銷循環(huán)。所謂零開銷循環(huán)是指處理器在執(zhí)行循環(huán)時，不用花時間去檢查循環(huán)計數(shù)器的值、條件轉(zhuǎn)移到循環(huán)的頂部、將循環(huán)計數(shù)器減1（逆序加減指令）。與此相反，GPP的循環(huán)使用軟件來實現(xiàn)。某些高性能的GPP使用轉(zhuǎn)移預(yù)報硬件，幾乎達(dá)到與硬件支持的零開銷循環(huán)同樣的效果。4定點計算大多數(shù)DSP使用定點計算，而不是使用浮點。雖然DSP的應(yīng)用必須十分注意數(shù)字的精確，用浮點來做應(yīng)該容易的多，但是對DSP來說，廉價也是非常重要的。定點機器比起相應(yīng)的浮點機器來要便宜（而且更快）。為了不使用浮點機器而又保證數(shù)字的準(zhǔn)確，DSP處理器在指令集和硬件方面都支持飽和計算、舍入和移位。發(fā)展趨勢：DSP是否將作為手機的心臟生存下去，目前的爭論非常激烈。今天的手機生產(chǎn)采用的是雙核方式：DSP芯片處理通信，如調(diào)制解調(diào)器功能和語音處理等；一塊通用處理器（通常是ARM設(shè)計的RISC處理器）負(fù)責(zé)處理手