在过去的几十年里,单片机的广泛应用实现了简单的智能控制功能。
随着信息化的进程和计算机科学与技术、信号处理理论与方法等的迅 速发展,需要处理的数据量越来越大,对实时性和精度的要求越来越 高,低档单片机已不再能满足要求。近年来,各种集成化的单片DSP 的性能得到很大改善,软件和开发工具也越来越多,越来越好;价格 却大幅度下滑,从而使得DSP器件及技术更容易使用,价格也能够为广大用户接受;越来越多的单片机用户开始选用DSP器件来提高产品 性能,DSP器件取代高档单片机的时机已经成熟。
本文将从性能、价格等方面对单片机和DSP器件进行比较,在此基础 上,以TI的TMS320C2XX系列DSP器件为例,探讨DSP器件取代单片机的 可行性。
DSP器件与单片机的比较 :
1. 单片机的特点
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。概括起来说,单片机具有如下特点：
具有位处理能力,强调控制和事务处理功能。
价格低廉。如低档单片机价格只有人民币几元钱。
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器件的特点
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。如表1所示,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。
目前国内推广应用最为广泛的DSP器件是美国德州仪器(TI)公司生产的TMS320系列。DSP开发系统的国产化工作已经完成,国产开发系统的价 格至少比进口价格低一半,有的如TMS320C2XX开发系统只有进口开发系统价格的1/5,这大大刺激了DSP器件的应用。目前,已有不少高校计划建立DSP实验室,TI公司和北京闻亭公司都已制订了高校支持计划, 将带动国内DSP器件的应用和推广。
3. DSP器件大规模推广指日可待
通过上述比较,我们可得出结论：
DSP器件是一种具有高速运算能力的单片机 从应用角度看：DSP器件是运算密集型的,而单片机是事务密集型的,DSP 器件可以取代单片机,单片机却不能取代DSP。
DSP器件广泛使用了JTAG硬件仿真,比单片机更易于硬件调试。
国产化的DSP开发系统为更多用户采用DSP器件提供了可能性。
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。
DSP器件的典型应用
随着DSP性能不断改善,用DSP器件来作实时处理已成为当今和未来技术发展 的一个新热点。
TI公司最新推出的TMS320C2XX系列具有良好的性能价格比,基本可以取代16 位单片机。其中TMS320C203单片价格不到人民币100元,芯片内置544字的高 速SRAM。外部可寻址64K字程序/数据及I/O,指令周期在25ns～50ns之间, 实时性处理比16位单片机快2倍以上,可取代一般的单片机。TMS320F206除了 具有TMS320C203的功能外,内置32K字零等待快闪存储器,可满足单片设计
的要求,能最大限度减少用户板的体积。TMS320F240的指令、DSP核与TMS320C203、 F206完全兼容,内置8K/16K字快闪存储器,增加了两路10位A/D,每路采样频率 可达166kHz,提供9路独立的PWM输出,内置SCI和SPI接口,内置CAN总线接口。 这些大大增强了TMS320X240的处理能力,在电机控制领域显示了强大的生命力。
结论
DSP技术的不断完善,各种DSP器件的不断推出,将为实时数字信号处理的应 用创造前所未有的广阔空间。单片机用户在硬件和软件方面的设计经验可以使他们很容易从单片机升级到DSP