《DSP的硬件結(jié)構(gòu)》課件

DSP芯片的硬件結(jié)構(gòu)本堂課將介紹DSP芯片的硬件結(jié)構(gòu)，涵蓋組成部分、運算單元、ALU、指令集、內(nèi)存、片上總線、外設接口等內(nèi)容。讓我們一起深入了解這一主題。DSP芯片的組成部分1中央處理器負責調(diào)度和控制芯片的運行2數(shù)據(jù)存儲器用于存儲各種程序和數(shù)據(jù)3外部接口實現(xiàn)與外界數(shù)據(jù)的輸入和輸出4時鐘和定時器用于控制芯片內(nèi)部時序和計時功能DSP的運算單元片上基本算子（MAC）僅有乘加器并行乘加器通過多個乘加器實現(xiàn)并行計算雙MAC體系結(jié)構(gòu)綜合采用多種技術(shù)的算法可重構(gòu)DSP基于FPGA可編程器件構(gòu)建，可按需自定義了解DSP處理器中的ALU類型含義邏輯運算單元專門執(zhí)行邏輯運算算術(shù)運算單元主要負責各種算術(shù)運算移位運算單元執(zhí)行各種二進制補碼的移位運算SIMD和VLIW架構(gòu)SIMD(單指令流多數(shù)據(jù)流)操作一個指令并處理多組數(shù)據(jù)，廣泛用于數(shù)字信號處理和圖像處理VLIW(超長指令字)指令寬度比較大，多種指令同時運行，常用于高性能計算DSP指令集的特點1并行性可以同時執(zhí)行多條指令，提高處理速度2低功耗指令集經(jīng)過簡化和優(yōu)化，盡量減少功耗3高效性指令集中的運算速度非常快，達到了極高的效率水平DSP內(nèi)存的分類RAM易于隨機存取，但容量較小，速度較慢ROM適合存儲程序和數(shù)據(jù)，但不易修改Ram和Rom的作用RAM存儲程序和數(shù)據(jù)，臨時存儲用的ROM存儲只讀的程序和固定數(shù)據(jù)Cache存儲臨時使用的數(shù)據(jù)和指令，提高訪問速度DSP體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和劣勢1優(yōu)勢指令集簡潔，運算效率高；DSP適合數(shù)字信號處理；DSP功耗低，體積小，成本低；DSP編程容易等特點2劣勢DSP處理泛用性差，不太適合通用計算領(lǐng)域；DSP硬件結(jié)構(gòu)復雜，開發(fā)難度較大；DSP的性能受制于指令集的具體實現(xiàn)DSP的性能特點實時性強DSP適合對實時性要求高的領(lǐng)域，如聲音、圖像等處理高速緩存盡量減少對外存的訪問，改用內(nèi)存緩存，提高效率低功耗DSP設計更加貼合功耗優(yōu)化的要求，使得DSP的功耗是相對較低的精度和動態(tài)范圍高DSP在數(shù)字信號處理中，對精度和動態(tài)范圍的要求都很高，需要滿足高標準的數(shù)字信號處理需求DSP的數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通路的基本結(jié)構(gòu)用于協(xié)調(diào)指令和數(shù)據(jù)在DSP內(nèi)部的傳輸和處理中斷控制器和DMA控制器用于處理中斷和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂破鞔鎯ζ鱎AM、CACHE、ROM等各種存儲器，協(xié)同工作以完成數(shù)據(jù)處理任務數(shù)據(jù)通路中的寄存器和閃存1寄存器存儲臨時數(shù)據(jù)的寄存器提供快速的數(shù)據(jù)傳輸2閃存閃存可以被用來儲存每個周期的指令，順序地被取出與運算DSP的時鐘、定時器和I/O支持時鐘DSP本身具有許多內(nèi)部時鐘，可以自己控制芯片的運行頻率等定時器用于控制時間的設備，可以執(zhí)行各種定時任務I/O支持用于實現(xiàn)與外界數(shù)據(jù)的輸入和輸出，可以與多種I/O設備連接DSP的片上總線結(jié)構(gòu)基于總線的系統(tǒng)架構(gòu)多個DSP模塊互相連接，共享數(shù)據(jù)和指令外設總線架構(gòu)外圍設備通過外設總線與DSP相器，保證設備之間的信息交換背板總線架構(gòu)背板總線將DSP模塊連接起來，組成一個大型系統(tǒng)DSP系統(tǒng)外設接口1串口用于連接其他設備，方便數(shù)據(jù)傳輸2視頻接口提供各種視頻輸入和輸出3PCIE接口用于DSP與主機之間的數(shù)據(jù)傳輸存儲器管理單元1用途控制內(nèi)存和I/O存儲器的訪問速度和方式，優(yōu)化存儲器的使用和管理2主要功能為指令和數(shù)據(jù)提供地址映射和文件管理3工作原理根據(jù)外部訪問請求，從具體的處理器單元中選擇一個空閑存儲器，然后對存儲器進行操作DMA控制器和中斷控制器控制器功能控制器作用DMA控制器實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和處理中斷控制器負責處理來自外設和系統(tǒng)的中斷事件DSP芯片的能耗和功率管理核心器件用于減少DSP的功耗電源管理通過設置電源管理機制，使插入的設備自動進入暫停模式以節(jié)約電力節(jié)能模式通過將DSP轉(zhuǎn)換到節(jié)能模式來節(jié)約電力DSP芯片的溫度和穩(wěn)定性1溫度控制通過控制散熱器或強制通風來控制芯片的工作溫度2穩(wěn)定性DSP的抗干擾和穩(wěn)定性強，適合各種環(huán)境下的應用場合3環(huán)境特殊工作環(huán)境下，還需要提供防水、防塵等功能