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(多图) DSP的30年

STEVET ARANOVICH?? EDN高级技术编辑?? 2012年11月29日 ?? 收藏1

小功率创新者

TI不是唯一一家在“三P价值”上推动DSP技术发展的公司。ADI公司以2001年开发的定点Blackfin处理器和90年代中期的浮点Sharc处理器,坚定不移地改进着功率/性能比。

随着对处理精度的需求越来越高,设计者不断地面临着解决功率预算需求的难题。ADI公司处理器营销总监Colin Duggan以及Blackfin产品经理Richard Murphy表示,ADI公司专注于现有功率的高效利用,从而获得越来越紧凑的设计,可确保有更好的系统便携性,占据最少空间,使得总体运行成本较低。他们指出,低功耗通常发热低,有助于获得更高的系统可靠性,减少了系统级与空间级的冷却,从而节省了相关的功率、空间和成本。

对于电池供电设备,较低功率的处理器能延长系统电池的寿命和充电间隔,有助于减小系统尺寸和重量,保证了便携能力。处理器功耗的下降也让设计者可以使用较小的电池,最大限度地节省了功耗与空间。

刚刚发布的BF60x高性能系列以及前代Blackfin中都采用了DPM(动态电源管理),开发人员可以将处理器功耗与程序执行时的处理需求相匹配(图3)。20 01年10月,ADI率先将DPM应用于首款发布的Blackfin处理器中。小功率处理器延长了系统电池的寿命,有助于减小系统体积与重量。

DSP的30年

Blackfin处理器中采用的其它设计技术包括:可编程电压以及频率缩放;时钟周期分辨率的动态时钟门控;多电源域,支持深度睡眠与冬眠模式;高代码密度,尽量减少了激活总线的能量;采用混合阈值电压晶体管,获得了最佳性能与功率效率;一个最高能效的全定制处理器核心;审慎采用硬件加速器;以及支持亚稳态SDRAM,使板级功耗降至最低。

在浮点方面,ADI仍牢记低功耗技术,设计出了最新的Sharc 2147x。该处理器有5Mbit片上内存,设计者可以将功率存储起来,以备扩展将数据移动到外存和其它处理器。该系列的集成内存与并行处理特性能够提高性能,确保算法和程序执行得更快,从而得到了净功耗下降的好处。

两两比较(均在的典型功耗)有助于ADI做出方案。在Sharc系列中,ADSP-21261在150MHz时功耗为900mW,200MHz时为1.2W;与之相比,最新的ADSP-2147x系列在150MHz时功耗180mW,在266MHz时功耗363mW。在Blackfin系列中,BF527在600MHz时的核心功耗为205mW,待机功耗为10mW,而冬眠模式耗电大约为40μA;最新的BF592在300MHz时提供88mW的动态功耗,待机功耗不到1mW,冬眠耗电为20μA。该公司最高性能的Blackfin BF609有两个500MHz核心,在1GHz时耗电400mW。

Duggan和Murphy指出,ADI的节电特性提供了灵活的控制,更新的工艺尺度有更高的功率效率。他们补充说,该公司的设计者都了解其DSP所要满足的应用的功率包络。

ADI的目标是,尽可能在应用的一个特定功率包络中获得最高的性能。用户可编程PLL,可调降自身系统时钟的外设,以及当某些外设不工作时关闭任何时钟域的能力等,都可以节能。其它节能方案包括:采用高效的总线架构,尽量增加设计中采用高阈值电压晶体管的百分比(一般为93%),以及使用PVP(流水线视觉处理器)做为加速器。

Microchip的DSC

Microchip Technology公司的数字信号处理采用了另一种方案:DSC(数字信号控制器)。第一款芯片是用一个DSP与一只8位微控制器配对。然后,Microchip的工程师在一个PIC微控制器中集成了一个DSP核心,这就是2002年面世的16位dsPIC(参考文献5)。

可缩放的dsPIC解决方案提供了专利的微控制器式中断处理,可用于实时控制,据Microchip称,用DSP做实时控制一直面临着挑战(图4)。DSC核心采用一种修改过的Harvard总线架构,有16位宽的数据路径和24位宽的指令路径;广泛寻址模式;一个16×16位的通用寄存器集;一个灵活的软件栈;单周期16×16乘法功能;带双端口SRAM的DMAC(直接内存访问控制);以及八个外设通道。

DSP的30年

DSC的运行速度从30MIPS到70MIPS,用于数字电源、照明、电机控制、语音、生物计量、传感器处理以及简单滤波器等市场。芯片包含了用于语音处理的DAC、电机控制PWM、快速ADC,以及专门用于SMPS(开关电源)应用的ADC。Microchip公司称这些器件具有高运放集成度,提供了微控制器般的“观感”,设计者无需学习DSP设计或软件就可以使用。

Microchip鼓励从dsPIC到PIC24微控制器的无缝迁移,两者的代码与引脚兼容。同样免费的MPLABX集成开发环境可用于Microchip的8位、16位与32位微控制器及其DSC。该公司称其战略是为工程师们提供简单的解决方案,使应用开发人员(如数字电源)能够方便地使用模拟友好的高度集成dsPIC。

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DSP? DSC? FPGA? 可编程ASSP?

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