資料介紹
中央處理器是一塊超大規模的集成電路,是一臺計算機的運算核心和控制核心,它的功能主要是解釋計算機指令以及處理計算機軟件中的數據。主要包括運算器和高速緩沖存儲器及實現它們之間聯系的數據、控制及狀態的總線。它與內部存儲器和輸入/輸出設備合稱為電子計算機三大核心部件。
目前,嵌入式處理器的高端產品有:Advanced RISC Machines公司的ARM、Silicon Graphics公司的MIPS、IBM和Motorola的Power PC 、Intel的X86和i960芯片、AMD的Am386EM、Hitachi的SH RISC芯片;掌上電腦的處理器有六類處理器,分別是:英特爾的PXA系列處理器、MIPS處理器、StrongARM系列處理器、日立SH3處理器、摩托羅拉龍珠系列處理器和德州儀器OMAP系列處理器。
微處理器和微控制器區別所在
微處理器和微控制器的區別主要集中在硬件結構、應用領域和指令集特征三個方面:
其一,硬件結構。 微處理器是一個單芯片CPU,而微控制器則在一塊集成電路芯片中集成了CPU和其他電路,構成了一個完整的微型計算機系統。除了CPU,微控制器還包括RAM、ROM、一個串行接口、一個并行接口、計時器和中斷調度電路。雖然片上RAM的容量比普通微型計算機系統還要小,但是這并未限制微控制器的使用。在后面可以了解到,微控制器的應用范圍非常廣泛。其中,微控制器的一個重要的特征是內建的中斷系統。作為面向控制的設備,微控制器經常要實時響應外界的激勵。
其二,應用領域。 微處理器通常作為微型計算機系統中的CPU使用,其設計正是針對這樣的應用,這也是微處理器的優勢所在。然而,微控制器通常用于面向控制的應用,系統設計追求小型化,盡可能減少元器件數量。在過去,這些應用通常需要用數十個甚至數百個數字集成電路來實現。使用微控制器可以減少元器件的使用數量,只需一個微控制器、少量的外部元件和存儲在ROM中的控制程序就能夠實現同樣的功能。微控制器適用于那些以極少的元件實現對輸入/輸出設備進行控制的場合,而微處理器適用于計算機系統中進行信息處理。
其三,指令集特征。 由于應用場合不同,微控制器和微處理器的指令集也有所不同。微處理器的指令集增強了處理功能,使其擁有強大的尋址模式和適于操作大規模數據的指令。微處理器的指令可以對半字節、字節、字,甚至雙字進行操作。通過使用地址指針和地址偏移,微處理器提供了可以訪問大批數據的尋址模式。自增和自減模式使得以字節、字或雙字為單位訪問數據變得非常容易。另外,微處理器還具有其他的特點,如用戶程序中無法使用特權指令等。
微控制器的指令集適用于輸入/輸出控制。許多輸入/輸出的接口是單位的。例如,電磁鐵控制著馬達的開關,而電磁鐵由一個1位的輸出端口控制。微控制器具有設置和清除單位的指令,也能執行其他面向位的操作,如對“位”進行邏輯與、或和異或的運算,根據標志位跳轉等。很少有微處理器具備這些強大的位操作能力,因為設計者在設計微處理器時,僅考慮以字節或更大的單位來操作數據。
DSP芯片分類以及特點
數字信號處理器里的CPU是專門設計用來極快地進行離散時間信號處理計算的,比如那些需要進行音頻和視頻通信的場合。特別適合于進行數字信號處理運算的微處理器,其主要應用是實時快速地實現各種數字信號處理算法。根據數字信號處理的要求,DSP芯片一般具有如下主要特點:
(1)在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法;
(2)程序和數據空間分開,可以同時訪問指令和數據;
(3)片內具有快速RAM,通常可通過獨立的數據總線在兩塊中同時訪問;
(4)具有低開銷或無開銷循環及跳轉的硬件支持;
(5)快速的中斷處理和硬件I/O支持;
(6)具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器;
(7)可以并行執行多個操作;
(8)支持流水線操作,使取指、譯碼和執行等操作可以重疊執行。
當然,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芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構,具有專門的硬件乘法器,廣泛采用流水線操作,提供特殊的DSP指令,可以用來快速的實現各種數字信號處理算法。DSP芯片可以按照下列三種方式進行分類。
(1)按基礎特性分
這是根據DSP芯片的工作時鐘和指令類型來分類的。如果在某時鐘頻率范圍內的任何時鐘頻率上,DSP芯片都能正常工作,除計算速度有變化外,沒有性能的下降,這類DSP芯片一般稱為靜態DSP芯片。如果有兩種或兩種以上的DSP芯片,它們的指令集和相應的機器代碼機管腳結構相互兼容,則這類DSP芯片稱為一致性DSP芯片。例如,美國TI公司的TMS320C54X就屬于這一類。
(2)按數據格式分
這是根據DSP芯片工作的數據格式來分類的。數據以定點格式工作的DSP 芯片稱為定點DSP芯片,如TI公司的TMS320C1X/C2X、TMS320C2XX/C5X、TMS320C54X/C62XX系列,ADI公司的 ADSP21XX系列,AT&T公司的DSP16/16A,Motolora公司的MC56000等。以浮點格式工作的稱為浮點DSP芯片,如 TI公司的TMS320C3X/C4X/C8X,ADI公司的ADSP21XXX系列,AT&T公司的DSP32/32C,Motolora公司的 MC96002等。
不同浮點DSP芯片所采用的浮點格式不完全一樣,有的DSP芯片采用自定義的浮點格式,如TMS320C3X,而有的DSP芯片則采用IEEE的標準浮點格式,如Motorola公司的MC96002、FUJITSU公司的 MB86232和ZORAN公司的ZR35325等。
(3)按用途分
按照DSP的用途來分,可分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。通用型DSP芯片適合普通的DSP應用,如TI公司的一系列DSP芯片屬于通用型DSP芯片。專用DSP芯片是為特定的DSP運算而設計的,更適合特殊的運算,如數字濾波、卷積和FFT,如Motorola公司的DSP56200,Zoran公司的ZR34881,Inmos公司的IMSA100等就屬于專用型DSP芯片。
主要DSP芯片廠商及其產品
德州儀器公司
美國德州儀器是世界上最知名的DSP芯片生產廠商,其產品應用也最廣泛,TI公司生產的TMS320系列DSP芯片廣泛應用于各個領域。TI公司在1982年成功推出了其第一代DSP芯片TMS32010,這是DSP應用歷史上的一個里程碑,從此,DSP芯片開始得到真正的廣泛應用。由于TMS320系列DSP芯片具有價格低廉、簡單易用、功能強大等特點,所以逐漸成為目前最有影響、最為成功的DSP系列處理器。目前,TI公司在市場上主要有三大系列產品:
(1)面向數字控制、運動控制的TMS320C2000系列,主要包括TMS320C24x/F24x、TMS320LC240x/LF240x、TMS320C24xA /LF240xA、TMS320C28xx等。
(2)面向低功耗、手持設備、無線終端應用的 TMS320C5000系列,主要包括TMS320C54x、TMS320C54xx、TMS320C55x 等。
(3)面向高性能、多功能、復雜應用領域的TMS320C6000系列,主要包括TMS320C62xx、 TMS320C64xx、TMS320C67xx等。
美國模擬器件公司
ADI公司在DSP芯片市場上也占有一定的份額,相繼推出了一系列具有自己特點的DSP芯片,其定點DSP芯片有 ADSP2101/2103/2105、ADSP2111/2115、ADSP2126/2162/2164、ADSP2127/2181 、ADSP-BF532以及Blackfin系列,浮點DSP芯片有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062,以及虎鯊 TS101,TS201S。
Motorola公司
Motorola 公司推出的DSP芯片比較晚。 1986年該公司推出了定點DSP 處理器MC56001;1990年又推出了與IEEE浮點格式兼容的的浮點DSP芯片MC96002。還有DSP53611、16位DSP56800、24位的DSP563XX和MSC8101等產品。
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