創(chuàng)新始于數(shù)字信號(hào)處理

數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)對(duì)于實(shí)際數(shù)字化數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理至關(guān)重要，其高速數(shù)據(jù)計(jì)算是實(shí)現(xiàn)各種各樣的應(yīng)用——從基本消費(fèi)電子到復(fù)雜工業(yè)儀器——所必需的,。 在提供最大靈活性的可編程軟件以及易用,、低成本開發(fā)工具的支持下，設(shè)計(jì)人員利用DSP可以構(gòu)建創(chuàng)新功能,，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化,，讓產(chǎn)品快速上市并獲得高效益。

系統(tǒng)開發(fā)人員為其應(yīng)用選擇數(shù)字信號(hào)處理器時(shí),，有許多因素需要權(quán)衡,。 其中，應(yīng)用需要的計(jì)算能力,、處理器和系統(tǒng)成本,、性能特點(diǎn)、開發(fā)便利性是關(guān)鍵的考慮因素,。 全面權(quán)衡這些因素,，設(shè)計(jì)人員就能找到最適合應(yīng)用的DSP。

定點(diǎn)vs浮點(diǎn)

數(shù)字信號(hào)處理可以分為兩類：定點(diǎn)和浮點(diǎn),。 區(qū)分依據(jù)是用于存儲(chǔ)和操縱數(shù)據(jù)數(shù)字表示的格式,。 定點(diǎn)DSP設(shè)計(jì)用于表示和操控整數(shù)，包括正整數(shù)和負(fù)整數(shù),，最低為16位,，因而可能的位模式有65,536種(2¹⁶浮點(diǎn)DSP用于表示和操控有理數(shù)，最低為32位,，與科學(xué)計(jì)數(shù)法相似,，數(shù)值用尾數(shù)和指數(shù)表示（例如A x 2^B， A為尾數(shù),，B為指數(shù)),，因而可能的位模式有4,294,967,296種(2³²).

術(shù)語(yǔ)'定點(diǎn)'是指表示一個(gè)數(shù)值時(shí)，小數(shù)點(diǎn)之后的位數(shù)是固定的,，有時(shí)候小數(shù)點(diǎn)之前的位數(shù)也是固定的,。 用浮點(diǎn)表示時(shí)，小數(shù)點(diǎn)的位置不是固定的,，可以根據(jù)有效位數(shù)而浮動(dòng),。 例如,，采用統(tǒng)一小數(shù)點(diǎn)位置規(guī)則的定點(diǎn)表示法可以表示123.45,、1234.56,、12345.67等數(shù)值，而浮點(diǎn)表示法還可以表示1.234567,、123456.7,、0.00001234567、1234567000000000等數(shù)值,。 因此,，浮點(diǎn)可以表示的值范圍比定點(diǎn)要大得多，并且能夠表示非常小的數(shù)和非常大的數(shù),。

采用定點(diǎn)計(jì)數(shù)法時(shí),，相鄰兩個(gè)數(shù)之差總是等于其中一個(gè)數(shù)的值，而采用浮點(diǎn)計(jì)數(shù)法時(shí),，相鄰數(shù)并不是均勻分布的,，任意兩個(gè)數(shù)之差比這些數(shù)的值小一千萬(wàn)倍左右（ANSI/IEEE Std. 754標(biāo)準(zhǔn)格式），大數(shù)之間的間距較大,，小數(shù)之間的間距較小,。

動(dòng)態(tài)范圍和精度

浮點(diǎn)計(jì)算固有的冪運(yùn)算使其動(dòng)態(tài)范圍（即可以表示的最大數(shù)和最小數(shù)）要大得多，這在處理極其大的數(shù)據(jù)集或數(shù)據(jù)集范圍無(wú)法預(yù)測(cè)時(shí)特別重要,。 因此,，浮點(diǎn)處理器最適合計(jì)算密集型應(yīng)用。

另外還必須考慮定點(diǎn)格式和浮點(diǎn)格式的精度,，即數(shù)值間距的大小,。 每次DSP通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算產(chǎn)生一個(gè)新數(shù)時(shí)，必須將該數(shù)舍入到所用格式能夠存儲(chǔ)的最接近的值,。 在信號(hào)處理過(guò)程中,，舍入和/或截?cái)鄶?shù)值自然會(huì)產(chǎn)生量化誤差或'噪聲'，即實(shí)際模擬值與量化數(shù)字值之間存在差異,。 定點(diǎn)處理的相鄰數(shù)之差可能比浮點(diǎn)處理要大得多,，因此舍入誤差也會(huì)更為顯著。 所以,，浮點(diǎn)處理的精度遠(yuǎn)大于定點(diǎn)處理,。當(dāng)計(jì)算精度是一項(xiàng)關(guān)鍵要求時(shí)，浮點(diǎn)處理器無(wú)疑是更為理想的DSP,。

重要考慮——成本,、開發(fā)便利性和性能

設(shè)計(jì)人員通常使用動(dòng)態(tài)范圍和精度這兩點(diǎn)來(lái)確定應(yīng)用是選擇定點(diǎn)處理器還是浮點(diǎn)處理器。如果計(jì)算需求很高,，則首選浮點(diǎn)處理器,。 但是，在這兩種格式之間進(jìn)行選擇時(shí),，還有其它許多重要的相關(guān)因素需要考慮,。

處理器成本: 設(shè)計(jì)人員能否降低產(chǎn)品的物料(BOM)成本,，直接影響到價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)力、市場(chǎng)滲透和盈利能力,。 定點(diǎn)DSP在大規(guī)模應(yīng)用中使用得更多,，由于生產(chǎn)規(guī)模更大，定點(diǎn)DSP相對(duì)于浮點(diǎn)DSP更便宜,。 片上系統(tǒng)(SOC)變量,，包括片上存儲(chǔ)器、集成應(yīng)用專用外設(shè)和連接選項(xiàng),，也會(huì)影響定點(diǎn)和浮點(diǎn)處理器的成本和功能,。

開發(fā)便利性: 產(chǎn)品開發(fā)越容易，則產(chǎn)品領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手上市的可能性越大,。 一般來(lái)說(shuō),，開發(fā)浮點(diǎn)DSP算法更為簡(jiǎn)單，因?yàn)槎c(diǎn)算法需要更多處理來(lái)補(bǔ)償量化噪聲,。 因此,，當(dāng)實(shí)施復(fù)雜的算法時(shí)，設(shè)計(jì)人員通常選擇浮點(diǎn)DSP,。 這里,，SOC變量同樣可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)工具和第三方支持軟件組成的生態(tài)系統(tǒng)也有這樣的作用,。

性能: DSP在應(yīng)用中執(zhí)行操作的速度是一項(xiàng)關(guān)鍵考慮因素,。 設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)采用能夠以最高效率處理算法的DSP格式。 雖然可以編寫用于浮點(diǎn)處理器的定點(diǎn)代碼以及用于定點(diǎn)處理器的浮點(diǎn)代碼,，但這樣做可能會(huì)產(chǎn)生很大的性能限制,。 性能效率也會(huì)影響功效。 例如,，若用浮點(diǎn)處理器來(lái)執(zhí)行定點(diǎn)任務(wù),，其功耗可能大于使用定點(diǎn)處理器來(lái)處理該任務(wù)的情況，而功耗又會(huì)影響電源和冷卻要求以及相關(guān)的BOM成本,。

總之,，浮點(diǎn)DSP用于專門的計(jì)算密集型應(yīng)用最佳，而定點(diǎn)DSP用于大規(guī)模通用應(yīng)用最佳,。 由于算法實(shí)現(xiàn)相對(duì)困難,，定點(diǎn)的開發(fā)成本可能更高，但最終產(chǎn)品的成本常常會(huì)更低,。 采用浮點(diǎn)DSP的應(yīng)用的產(chǎn)品成本可能更高,，因?yàn)樘幚砥鞒杀据^高且制造規(guī)模較小，但設(shè)計(jì)人員可以更輕松地完成開發(fā)并實(shí)現(xiàn)更高的整體系統(tǒng)精度。 歸根結(jié)底,，目標(biāo)應(yīng)用的數(shù)據(jù)集要求決定是需要定點(diǎn)處理還是浮點(diǎn)處理,。

ADI公司——DSP創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者

憑借出色的性能和價(jià)值，輔之以一個(gè)由開發(fā)工具,、應(yīng)用和第三方支持組成的完善生態(tài)系統(tǒng)，ADI公司的數(shù)字信號(hào)處理器成為各種創(chuàng)新應(yīng)用的首選處理器,。

ADI Blackfin?定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器

ADI公司的16/32位定點(diǎn)Blackfin數(shù)字信號(hào)處理器專門針對(duì)當(dāng)今嵌入式音頻,、視頻和通信應(yīng)用的計(jì)算需求和功耗限制而設(shè)計(jì)。 Blackfin處理器利用RISC編程模型提供突破性的性能和功效,，兼具高級(jí)信號(hào)處理功能與通用微控制器易于使用的特點(diǎn),。 這種處理特點(diǎn)組合使Blackfin處理器在信號(hào)處理應(yīng)用與控制處理應(yīng)用中表現(xiàn)同樣出色，許多情況下無(wú)需單獨(dú)的異構(gòu)處理器,。 因此,，軟硬件設(shè)計(jì)任務(wù)得以大大簡(jiǎn)化。

ADI Sharc?浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器

ADI公司的32位浮點(diǎn)SHARC 數(shù)字信號(hào)處理器基于Super Harvard架構(gòu),，在卓越的內(nèi)核和存儲(chǔ)器性能以及出色的I/O吞吐能力間取得了完美平衡,。 該架構(gòu)增加了I/O處理器及其相關(guān)專用總線，進(jìn)一步延伸了最初的獨(dú)立程序和數(shù)據(jù)內(nèi)存總線概念,。 除了滿足計(jì)算密集型實(shí)時(shí)信號(hào)處理應(yīng)用的需求外,，SHARC處理器還集成大存儲(chǔ)器陣列和特定應(yīng)用外設(shè)，旨在簡(jiǎn)化產(chǎn)品開發(fā),，縮短上市時(shí)間,。

欲全面了解ADI公司的數(shù)字信號(hào)處理器、軟件,、開發(fā)工具和支持等更多信息,，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)www./processors.

數(shù)字信號(hào)處理(DSP)入門指南