DSP芯片（数字信号处理器）简介

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数字信号处理器

数字信号处理器也被称为DSP芯片，是一种微处理器工具特别适用于数字信号处理操作的。它的主机应用程序是实时，快速地实现各种数字信号处理算法。

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数字信号处理器的功能使用哈佛结构，将程序存储器和数据存储器分开。用于单指令流，多数据流（SIMD）操作的特殊指令集。可以并行处理，但不支持多任务。在主机环境中使用时，它可以用作直接内存访问（DMA）设备。从模数转换器（ADC）获取数据，最终输出是由数模转换器（DAC）转换为模拟信号的数据。能够在一个指令周期内实现一个或多个乘法和累加（MAC）操作。因此，多个乘法和累加运算单元被集成到DSP中，其可以执行并行的乘法和累加运算。能够在一个指令周期内完成对存储器的多次读取。因此，多个片上总线和多端口片上存储器与DSP集成在一起。为了加快处理器中的操作，将多个地址生成单元集成到DSP中以支持循环寻址和位翻转寻址。处理器中的大多数操作都是重复的操作。为了易于使用，大多数DSP支持这种重复操作，而无需为重复操作编写其他指令。大多数DSP提供多个串行或并行I / O接口，以及特殊的I / O接口，以处理特殊的数据，从而降低成本并提高输出/输入性能。

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基于信息的介绍，数字信号处理器的选择具有以下原理：

1.算法格式。定点算法的动态范围较小。例如，16位定点算法的动态范围仅为96dB，这容易出现溢出问题，但成本低，功耗低。因此，大多数数字信号处理器都是定点的，约占67％。浮点算法具有较大的动态范围，例如32位浮点算法，其动态范围为1536dB。处理速度远高于定点，总线宽度也比定点宽。编程更容易，但是成本更高，功耗更高。。浮点数字信号处理器主要用于高端产品。

2.数据宽度。所有浮点DSP均为32位宽，而定点DSP大多为16位宽，也有24位，例如摩托罗拉的DSP563xx系列。和Zoran的ZR3800系列（均为20位）。数据宽度直接影响DSP芯片的尺寸，封装引脚的数量以及外围存储器的容量，因此直接影响DSP的成本。

3.速度。选择DSP时，速度是最重要的考虑因素。DSP的速度通常是指令周期的时间，但也指核心功能（例如FIR或IIR滤波器）的计算时间。一些DSP使用非常大的指令字组（VLIW）结构，可以在一个周期内执行多个指令。它与时钟的工作频率密切相关。

4.内存结构。存储器结构（包括总线结构）对DSP的性能有很大影响。一方面，如何在执行操作时读取数据和指令，不同的方法有不同的速度。在一个指令周期内读取一条指令和两条数据，以实现快速MAC操作。该结构可以是多端口存储器，用于指令和数据的单独存储器或指令缓冲区。另一方面，存储器结构还包括片上和片外支持的存储器的大小。大多数定点DSP面向嵌入式系统市场，因此其内存很小。尽管某些浮点DSP的片上存储器较小，但它们需要较大的外围存储器，例如TI的TMS320C30。

5.功耗。许多DSP用于便携式设备，例如移动电话，PDA和便携式音频播放器。功耗是这些产品的主要考虑因素。许多处理器供应商降低了工作电压（例如3.3V，2.5V，1.8V），并增加了电源电压管理功能，例如添加了“休眠模式”，当不使用时会切断大多数电源和未使用的外围设备。减少能源消耗。

6.易于编程。 DSP的应用对象主要是工程技术人员和工程师。早期的数字信号处理器使用汇编语言进行编程，后来的产品可以用C语言编写，但是必须通过C编译器将它们编译为汇编语言源程序，并进行优化以减少计算时间。数字信号处理器供应商通常会提供开发工具。但是不同公司的DSP产品在软件编程方面有很大的不同。因此，用户应选择他们更熟悉的开发工具。这些工具包括软件工具，例如汇编语言程序，链接器，模拟器，调试器，编译器，代码库，实时操作系统等。硬件工具，例如开发板，仿真器等。通常来说，

7.绩效价格比。成本也是批量生产中的重要考虑因素。设备封装也会影响芯片成本。网格阵列（PGA）包装比塑料包装PQFP和TQEP更昂贵。

8.是否支持多个处理器。如果需要特别快的计算速度，则可以使用多个处理器并行工作。此时，每个处理器的内部连接可能是一个重要问题。ADI公司的ADSP-2106x提供专用硬件。它具有双向地址总线和数据总线，并且与六个双向总线配合使用。通过一个公共的外部总线很容易将多达六个处理器连接到一个系统中。

数字芯片之数字信号处理器DSP

今天写写DSP芯片，不过找到的资料时间上比较久远，这次不准备写太多数据，只介绍下基本知识和发展逻辑，以及相关上市公司。

01什么是DSP芯片？

DSP 芯片又叫做数字信号处理器 ，这是一种快速强大的微处理器，它采用特殊的软硬件结构，特别之处在于它能即时处理数据，可以用来快速实现各种数字数字信号处理算法。

DSP 的作用是将模拟信号转换成数字信号 ，用于专用处理器的高速实时处理。它具有高速、灵活、可编程、低功耗的界面功能，在图形图像、语音、信号处理等通信领域起到越来越重要的作用。

在 DSP 芯片出现之前，数字信号处理只能依靠微处理器来完成，但由于微处理器处理速度不快，无法满足越来越大信息量的高速实时要求。随后 DSP 芯片的出现满足了这些需求，应用领域也变得广泛。

DSP 芯片应用广泛，数字化时代下 DSP 已成为通信、计算机、消费类电子产品和自动控制、军事与航空等领域的基础器件。

目前世界上 DSP 芯片制造商主要有三家，德州仪器 、模拟器件公司 和摩托罗拉 。原本以为摩托罗拉已经消失了，没想到还能在这碰到。

德州仪器是龙头，占据绝大部分国际市场。产品主要应用于机器视觉、航空电子和国防、尺寸、重量和功耗、音频、视频编码解码与生物识别等领域。

摩托罗拉公司也是全球较大的 DSP 芯片生产商，其产品包括定点的和浮点的，专用的和通用的，16 位和 24 位以及 32 位。DSP 芯片主要应用于语音处理、通信、数字相机、多媒体、控制等领域。

02DSP发展趋势

集成化和可编程 是 DSP 芯片的发展趋势。

缩小 DSP 尺寸一直是技术的发展趋势，目前DSP芯片多使用 RISC 架构，随着新工艺引入，越来越多厂商开始改进DSP芯核，并把多个 DSP 芯核、MPU 芯核及外围电路集成在一个芯片上，实现了系统级的集成电路。

随着个性化发展的需要，DSP 可编程化为生产厂商提供了更多灵活性，厂家可以在同一个 DSP 芯片上开发出更多不同型号特征的系列产品，

这也使得广大用户对于 DSP 的升级产生了替换需求，如冰箱、洗衣机，这些原来装有微控制器的家电如今已换成可编程 DSP 来进行大功率电机控制。

目前市场上所销售的 DSP 器件中，占据主流的依然是16 位的定点可编程 DSP 器件，随着 DSP 定点运算器件成本不断降低，能耗越来越小的优势日渐明显，未来定点 DSP 芯片仍将是市场的主角。

当然，市面上不光 DSP 这一类芯片具备可编程的特点，还有一类FPGA也具备可编程特点。

FPGA叫做现场可编辑门阵列，它是专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路 ，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

有了 FPGA 芯片，可以用程序编一个新发明的 CPU 内核出来，嵌到 FPGA 芯片中去，并且可以嵌入多个，后续我们会对这种芯片进行详细分析。

03DSP和FPGA有什么区别？

首先，DSP 是专门的微处理器，按照指令的顺序流来编程，适用于条件进程，特别是较复杂的多算法任务，通用性较弱，具有软件灵活性，对较低速的事件串联执行，但处理前可能会有些延迟。

FPGA 是以框图方式编程，很容易看数据流。它既可以完成较大规模的组合逻辑电路设计，又能完成复杂的时序逻辑功能。通用性比DSP更强，而且具有硬件的高速性。

FPGA 不能处理多事件，因为每个事件都有专用的硬件，但是采用这种方式可以使各个事件同时执行。

在既强调结构灵活、通用性，又需要处理复杂算法的需求下，往往将 DSP 和 FPGA 联合起来，采用 DSP+FPGA 结构，或者将 DSP 模块嵌入的 FPGA 芯片中，这也是未来设计的一种趋势。

04优秀国产DSP芯片

国内 DSP 芯片研究起步较晚，但发展较快。比较有名的两款国产 DSP 芯片，一个是华睿芯片 ，另一个叫做魂芯 。

中电科14所 研发的华睿1号目前用于多种雷达产品，处理系统设计方面采用了 DSP 和 CPU 多核架构设计技术，在处理能力和能耗上具有明显优势。

同时，运行多任务实时操作系统十分稳定，芯片的整体技术指标达到或优于国际同类产品水平。

华睿 2 号已经成功研制，并通过了所内测试，华睿 3 号将采用更先进工艺，提高主频和性能的同时降低功耗。

魂芯 1 号是由中国电子集团第 38 所研制成功的，2012 年完成测试。这是一款 32 位静态超标量通用处理器，属于 DSP 第二发展阶段的产品。

该芯片基于 55nm 制作工艺实现的，具有完全自主知识主权，其性能与美国模拟器件公司（ADI）TS201 芯片相近。可广泛用于各类高性能信号处理领域，典型整机装备应用包括雷达、声纳、电子对抗等。

魂芯 2 号也已经发布，单核性能超过同期国际同类芯片性能 4 倍。

05相关国产DSP上市公司

最后介绍下国产 DSP 芯片主要厂商，其中包括国睿科技、四创电子、振芯科技、杰赛科技、卫士通。

由于美国将包括中国电子科技集团在内的多家企业列入了出口管制清单，所以中国电科旗下的国睿科技、四创电子、杰赛科技、卫士通都上了名单，可见美国人看到了中国 DSP 芯片的蓬勃发展。

1.国睿科技的大股东就是中电科 14 所，成功研发了华睿芯片系列，而且华睿 2 号已经开始进入民用市场。

2.四创电子大股东是博微子集团，作为中国电科二级成员单位，统一管理 8 所、16 所、38 所以及 43 所。

其中 38 所不仅成功研制了魂芯芯片，还培育了智能停车和太赫兹安检仪两大军民融合项目，市场规模高达千亿。

3.振芯科技是自主可控 AD-DA 芯片佼佼者，公司雷达 TR 组件产品增速较快，ADC/DAC 产品有望进入 5G 通信基站，只是之前因为实控人入狱，对公司经营造成很大影响。

4.杰赛科技大股东电科通信子集团目前委托管理中国电科 7 所、34 所、39所、50 所和 54 所。

中电科 54 所号称“军中华为”，是军工全产业链的通信龙头，具备很大的增长潜力。

杰赛科技还将充分受益于集团资产证券化提速和科研院所改制带来的红利，内生外延并举，享受军工信息化和通信行业升级换代带来的机遇。

5.卫士通是 5G 安全标准的主要制定者与方案参与者。

目前网络安全行业正在从产品采购模式转向安全运维保障模式。模式转变不仅增大行业空间，还大幅降低销售费用率，并且大幅提高行业进入门槛，市场将向龙头公司集中。

网络安全运维主要分为政、企、军市场，市场空间巨大，仅央企范围的安全运维市场可达 100 亿。若加上成规模的地方国企，则市场保守估计可达 200 亿。

卫士通凭借央企身份，在央企网安运维方面优势明显，未来有望继续扩展到政府、军队领域。

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