【導(dǎo)讀】數(shù)字信號(hào)處理可以為各種產(chǎn)品和應(yīng)用添加有價(jià)值的功能。即使是受成本、外形尺寸或進(jìn)度限制的設(shè)計(jì)也可以輕松融入 DSP 的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楝F(xiàn)在工程師可以訪(fǎng)問(wèn)大量的庫(kù)代碼、示例項(xiàng)目和高性能處理器，這些處理器既便宜又相對(duì)用戶(hù)友好。
本文討論當(dāng)您需要 MCU 充當(dāng)系統(tǒng)控制器和數(shù)字信號(hào)處理器時(shí)應(yīng)尋找的功能。
數(shù)字信號(hào)處理可以為各種產(chǎn)品和應(yīng)用添加有價(jià)值的功能。即使是受成本、外形尺寸或進(jìn)度限制的設(shè)計(jì)也可以輕松融入 DSP 的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)楝F(xiàn)在工程師可以訪(fǎng)問(wèn)大量的庫(kù)代碼、示例項(xiàng)目和高性能處理器，這些處理器既便宜又相對(duì)用戶(hù)友好。
真正的數(shù)字信號(hào)處理器（例如 Texas Instruments 的 C5000 系列或 Analog Devices 的 SHARC 系列）可能是一種令人生畏的設(shè)備。我主要使用德州儀器 (TI) 的 DSP，總體而言，這次體驗(yàn)非常高效且令人滿(mǎn)意。然而，在那種情況下，我不必設(shè)計(jì)電路板，我也不喜歡嘗試調(diào)試奇怪的系統(tǒng)崩潰和了解操作系統(tǒng)細(xì)節(jié)的過(guò)程。
毫無(wú)疑問(wèn)，某些計(jì)算密集型 DSP 任務(wù)將需要真正的數(shù)字信號(hào)處理器甚至 FPGA。不過(guò)，在許多應(yīng)用中，正確選擇微控制器就足夠了，這也是事實(shí)。本文討論了當(dāng)您想要確保您的 MCU 擁有充足的 DSP 功能時(shí)需要關(guān)注的特性和功能。
8 位、16 位還是 32 位？
這個(gè)問(wèn)題并不像您想象的那么簡(jiǎn)單。一般來(lái)說(shuō)，16 位和 32 位器件更適合 DSP 應(yīng)用。數(shù)字信號(hào)處理涉及通常會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)字的數(shù)學(xué)過(guò)程，并且您需要一個(gè)可以直接操作這些大數(shù)的處理器。
然而，8 位處理本質(zhì)上并不是壞事，如果您知道將處理有限范圍的數(shù)字值，那么 8 位微控制器可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
此外，工程師通常沒(méi)有時(shí)間或意愿去研究處理器的低級(jí)細(xì)節(jié)，因此很難在指定的位寬和實(shí)際計(jì)算效率之間建立清晰的聯(lián)系。例如，“32 位微控制器”是否有 32 位寄存器？32 位ALU？32位地址總線(xiàn)？32位通信接口？“32 位”到底是什么意思？這些細(xì)節(jié)可能會(huì)影響您的決定，特別是如果您希望主要處理不需要所有這些額外位的小數(shù)字。
這種現(xiàn)代化的 8 位架構(gòu)由 Silicon Labs 開(kāi)發(fā)（圖表取自本文檔）。他們警告不要假設(shè) 16 位或 32 位設(shè)備將始終優(yōu)于 8 位設(shè)備。
時(shí)鐘速度
微控制器的時(shí)鐘頻率無(wú)疑是其作為數(shù)字信號(hào)處理器的優(yōu)點(diǎn)的良好指標(biāo)。但是，了解每秒時(shí)鐘周期和每秒指令數(shù)之間的區(qū)別至關(guān)重要。處理器通過(guò)執(zhí)行指令來(lái)完成DSP任務(wù)，因此其性能受到時(shí)鐘頻率和執(zhí)行指令所需的時(shí)鐘周期數(shù)的影響。
不幸的是，這個(gè)問(wèn)題很快就變得相當(dāng)復(fù)雜。一條指令所需的時(shí)鐘周期數(shù)因一條指令而異，而每條指令的平均時(shí)鐘周期數(shù)可以通過(guò)使用流水線(xiàn)架構(gòu)來(lái)減少。然后，您必須考慮“每條指令的功能”量，即微控制器 A 可能只需要一條指令來(lái)完成在微控制器 B 上需要多條指令的操作。
該圖傳達(dá)了流水線(xiàn)處理器的概念。請(qǐng)參閱這篇文章了解更多信息。科林 ML 伯內(nèi)特[ CC-BY-SA-3.0 ]。
以下是我的簡(jiǎn)短建議：如果您要比較同一系列的設(shè)備，請(qǐng)選擇更高的時(shí)鐘頻率。如果您要比較具有主要架構(gòu)差異的設(shè)備，請(qǐng)嘗試找到一個(gè)可靠的規(guī)格來(lái)指示指令執(zhí)行速率（表示為 MIPS，每秒數(shù)百萬(wàn)條指令）或每條指令的平均時(shí)鐘周期數(shù)。
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