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DSP与单片机的比较

DSP与单片机的比较

2007/11/7 14:05:00
    自从2000MCU和DSP完全分家,大家对DSP的认识多为"将部分程序固化从而实现更快处理速度的MCU",但这个解释总是有点牵强人意。再加上目前流传着这样的一种说法:DSP取代单片机的技术和价格的市场条件已经成熟,大规模推广指日可待。真的是这样的吗?笔者不敢苟同。单片机和DSP各有所长,AVR90单片机是125纳秒一个周期(也是哈弗结构),其内部有SPI、UART等,如果用来作控制、数据采集,只要速度要求不是太高,那么都可以用它,而且用它比用DSP方便。但是如果你的工程中有比较多的算法,特别是信号处理算法,那么用DSP就对了,此时单片机是不能胜任的。   自从2000年MCU和DSP完全分家,大家对DSP的认识多为"将部分程序固化从而实现更快处理速度的MCU",但这个解释总是有点牵强人意。再加上目前流传着这样的一种说法:DSP取代单片机的技术和价格的市场条件已经成熟,大规模推广指日可待。真的是这样的吗?笔者不敢苟同。单片机和DSP各有所长,AVR90单片机是125纳秒一个周期(也是哈弗结构),其内部有SPI、UART等,如果用来作控制、数据采集,只要速度要求不是太高,那么都可以用它,而且用它比用DSP方便。但是如果你的工程中有比较多的算法,特别是信号处理算法,那么用DSP就对了,此时单片机是不能胜任的。 1、单片机的简介   所谓单片机就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外,有的还集成有A/D、D/A,如Intel公司的8098系列。单片机一般具有如下主要特点: (1)适合实时控制和操作任务 (2)可预测的执行周期 (3)擅长中断处理,特别是外部异步事件 (4)比较多的I/O功能 (5)程序较大 (6)丰富的片上外设   单片机的开发环境完备,开发工具齐全,应用资料众多。后备人才充足。国内大多数高校都开设了单片机课程和单片机实验。 2、DSP的简介   DSP(digital singnal processor)是一种独特的微处理器,有自己的完整指令系统,是以数字信号来处理大量信息的器件。一个数字信号处理器在一块不大的芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等等,在其外围还可以连接若干存储器,并可以与一定数量的外部设备互相通信,有软、硬件的全面功能,本身就是一个微型计算机。DSP采用的是哈佛设计,即数据总线和地址总线分开,使程序和数据分别存储在两个分开的空间,允许取指令和执行指令完全重叠。也就是说在执行上一条指令的同时就可取出下一条指令,并进行译码,这大大的提高了微处理器的速度 。另外还允许在程序空间和数据空间之间进行传输,因为增加了器件的灵活性。其工作原理是接收模拟信号,转换为0或1的数字信号,再对数字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序,远远超过通用微处理器,是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度,是最值得称道的两大特色。由于它运算能力很强,速度很快,体积很小,而且采用软件编程具有高度的灵活性,因此为从事各种复杂的应用提供了一条有效途径。   根据数字信号处理的要求,DSP芯片一般具有如下主要特点: (1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法; (2)程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数据; (3)片内具有快速RAM,通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问; (4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持; (5)快速的中断处理和硬件I/O支持; (6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器; (7)可以并行执行多个操作; (8)支持流水线操作,使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。 3、单片机与DSP的比较   目前看来,单片机比DSP应用范围更广,但是DSP比单片机功能更强大。单片机一般用于要求低的场合,如4/8位的单片机。DSP适合于要求较高的场合,DSP主要面向数字信号处理设计,而单片机主要面向系统控制应用设计。DSP是单片机的一个分支。它有专门的FFT算法需要的特殊指令,流水线指令处理。能以较高的速度进行运算。与单片机相比,DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU,更大容量的存储器,内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路,可提供PWM输出。DSP器件采用改进的哈佛结构,具有独立的程序和数据空间,允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器,增强的多级流水线,使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8~10倍,完成一次乘加运算快16~30倍。DSP器件还提供了高度专业化的指令集,提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。此外,DSP器件提供JTAG接口,具有更先进的开发手段,批量生产测试更方便,开发工具可实现全空间透明仿真,不占用用户任何资源。软件配有汇编/链接C编译器、C源码调试器。下面是单片机与DSP的比较图。   DSP 单片机 DSP的优势 总线结构 哈佛/改进型哈佛结构 冯.诺依曼结构 消除总瓶颈,运行速度更快 乘加运算 利用硬件乘法器,用单指实现 多指令实现 减少所需指令周期数 寻址方式 利用硬件数据指针,实现逆序寻址 普通寻址 大大减少FFT运算寻址时间 指令运行方式 “流水线”方式,允许程序与数据存储器同时访问 顺序运行 在单条指令执行时间相同的情况下,大大提高运算速度 指针 配置专用运算器,复合指令可以在寄存器、运算单元处理变量的同时,使用指针访问数据存储器 无复合指令功能 采用并行方式,提高数据处理能力 循环控制 利用硬件循环控制结构,实现无消耗循环控制 每次循环都将消耗机器时间 较好解决了高速运行和精简程序的矛盾 多处理系统 提供具有很强同步机制的互锁指令 无专用指令 保证了高速运算中通信和结果的完整 4、结论    虽然DSP功能确实很强大,但是一个产品的设计要考虑,在满足需求的情况下它的性价比。如果你作一个遥控器,选用DSP就没优势了。因为很多其他的用于遥控的单片机比他更适合用来作遥控器。单片机长于控制场合应用,DSP长于信号分析运算,本身针对了不同的需求,应该不存在互相替代的问题。不过目前这两者特点互相融合的趋势倒是越来越明显,这也将是单片机与DSP的发展趋势。
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