數字信號處理器和諸如英特爾、奔騰或Power PC的通用處理器(GPPs)有很大的區別,這些區別產生于DSPs的結構和指令是專門針對信號處理而設計和開發的,它具有以下特點。
·硬件乘法累加操作(MACs)
為了有效完成諸如信號濾波的乘法累加運算,處理器必需進行有效的乘法操作。GPPs起初并不是為繁重的乘法操作設計的,把DSPs同早期的GPPs區別開來的第一個重大技術改進就是添加了能夠進行單周期乘法操作的專門硬件和明確的MAC指令。
·哈佛結構
傳統的GPPs使用馮.諾曼存儲結構,在這種結構中,有一個存儲空間通過兩條總線(一條地址總線和一條數據總線)連接到處理器內核,這種結構不能滿足MAC必須在一個指令周期中對存儲器進行四次訪門的要求。DSPs一般使用哈佛結構,在哈佛結構中,有兩個存儲空間:程序存儲空間和數據存儲空間。處理器內核通過兩套總線與這些存儲空間相連,允許對存儲器同時進行兩訪問,這種安排使處理器的帶寬加倍。在哈佛結構中,有時通過增加第二個數據存儲空間和總線來實現更大的存儲帶寬。現代高性能GPPs通常具有兩個片上超高速緩沖存儲器棗一個存放數據,一個存放指令。從理論的角度上講,這種雙重片上高速緩存與總線連接等同于哈佛結構,但是,GPPs使用控制邏輯來確定哪些數據和指令字駐留在片上高速緩存里,這個過程通常不為程序設計者所見,而在DSPs里,程序設計者能明確的控制哪些數據和指令被存儲在片上的存儲單元或緩存中。
·零消耗循環控制
DSP算法的共同特征:大部分處理時間花在執行包含在相對小循環內的少量指令上。因此,大部分DSP處理器具有零消耗循環控制的專門硬件。零消耗循環是指處理器不用花時間測試循環計數器的值就能執行一組指令的循環,硬件完成循環跳轉和循環計數器的衰減。有些DSPs還通過一條指令的超高速緩存實現高速的單指令循環。
·特殊尋址模式
DSPs經常包含有專門的地址產生器,它能產生信號處理算法需要的特殊尋址,如循環尋址和位翻轉尋址。循環尋址對應于流水FIR濾波算法,位翻轉尋址對應于FFT算法。
·執行時間的可預測性
大多數DSP應用都具有硬性實時要求,在每種情況下所有處理工作都必須在指定時間內完成。這種實時限制要求程序設計者確定每個樣本究竟需要多少時間或者在最壞情況下至少用去多少時間。DSPs執行程序的進程對程序員來說是透明的,因此很容易預測處理每項工作的執行時間。但是,對于高性能GPPs來說,由于大量超高速數據和程序緩存的使用,動態分配程序,因此執行時間的預測變得復雜和困難。
·具有豐富的外設
DSPs具有DMA、串口、Link口、定時器等外設。
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