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1980年,TI公司推出了第一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，從此開創(chuàng)了DSP的歷史。經(jīng)過(guò)二十余年的發(fā)展，DSP應(yīng)用領(lǐng)域日漸寬廣，從軍事雷達(dá)系統(tǒng)到消費(fèi)類電器，可以說(shuō)無(wú)處不在。近年來(lái)，DSP更是普遍應(yīng)用在一些熱門產(chǎn)品中，如通信電子類(Communication Electronics): 蜂窩電話(Cellular Phone), ADSL調(diào)制解調(diào)器(Modem), 線纜調(diào)制解調(diào)器(Cable Modem),藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)產(chǎn)品,數(shù)字電話應(yīng)答機(jī)(Digital Telephone Answering Devices), 全球定位系統(tǒng)(Global Positioning Systems，GPS), 衛(wèi)星電話(Satellite Phone), 電話會(huì)議(Conference Speakerphone),電視電話會(huì)議編譯碼器(Video Conferencing Codecs), IP電話(Voice Over IP),IP傳真(FAX Over IP), ATM電話( VoiceOver ATM),智能天線(Smart Antennas), PCS用戶端(Subscriber Sets);計(jì)算機(jī)類(Computer Electronics): 計(jì)算機(jī)電話卡(Computer Telephone Board，CTI), 硬盤驅(qū)動(dòng)器(Hard Disk Drivers), HDD PRML 讀取通道(Read Channels), PCI聲卡芯片( Audio/Sound Chips), 聲卡(Sound Boards); 消費(fèi)電子類(Consumer Electronics): 數(shù)字多用光盤(Digital Versatile Disks，DVD), 數(shù)字電視/高清晰電視(Digital TV/HDTV),數(shù)字助聽器(Digital Hearing Aids), 數(shù)字相機(jī)芯片(Digital Camera Chips), MPEG 編碼器芯片(Encoder Chips), MPEG譯碼器芯片(Decoder Chips), MP3播放機(jī)芯片(Player Chips),機(jī)頂盒(Set Top Boxes); 儀器電子類(Instrumentation Electronics):馬達(dá)控制芯片(Motor Control Chips);軍事電子類(Military Electronics):雷達(dá)系統(tǒng)(Radar System), 聲納系統(tǒng)(Sonar Systems);辦公自動(dòng)化設(shè)備(Office Automation Electronics), 以及數(shù)字無(wú)線電廣播(DigitalRadio Broadcasting，DAB)等。其中通信領(lǐng)域的應(yīng)用大約占了60%的數(shù)字信號(hào)處理器市場(chǎng)份額。 通用處理器(GPP)可以對(duì)文字進(jìn)行處理，管理數(shù)據(jù)庫(kù)和對(duì)科學(xué)工程進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，而數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)則主要針對(duì)代表信號(hào)的數(shù)字進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，得到處理結(jié)果。很多工程都可以用數(shù)學(xué)方式來(lái)表達(dá)，而不同的工程有不同的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 比如，醫(yī)藥、醫(yī)療、電信、雷達(dá)、聲納、助聽器、聲音、圖像、工業(yè)控制等都有不一樣的數(shù)學(xué)表達(dá)式，因此數(shù)字信號(hào)處理器的種類很多。另外，數(shù)字信號(hào)處理器處理的信號(hào)大部分是無(wú)頭無(wú)尾的連續(xù)量，而且是實(shí)時(shí)的(On-Line)，故其取樣、運(yùn)算過(guò)程應(yīng)盡可能短，以不影響信號(hào)的連續(xù)性。這也是DSP處理速度要求很高的原因所在。這一點(diǎn)和中央處理器處理的靜止信號(hào)(Off-Line)不同。舉個(gè)例子說(shuō)，對(duì)復(fù)數(shù)FIR濾波器進(jìn)行計(jì)算，工作在300MHz的SC140為2微秒，而1000MHz的Pentium III卻要6微秒。可見，DSP在數(shù)字化世界中扮演的絕不是配角。 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入戰(zhàn)國(guó)時(shí)代 說(shuō)到DSP的市場(chǎng)，很容易使人想到CPU的市場(chǎng)。CPU的市場(chǎng)長(zhǎng)久以來(lái)一直是英特爾(Intel)獨(dú)執(zhí)牛耳，后來(lái)才有AMD公司崛起與之爭(zhēng)霸天下。而DSP市場(chǎng)則大相迥異，可謂列強(qiáng)割踞，群雄混戰(zhàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，有80多個(gè)IC公司開發(fā)數(shù)字信號(hào)處理器，超過(guò)1000家公司生產(chǎn)和數(shù)字信號(hào)處理器有關(guān)的產(chǎn)品。其中翹楚當(dāng)屬德州儀器公司(Texas Instrument)、 朗訊公司(Lucent Technologies)、模擬器件公司(Analog Devices)、摩托羅拉公司( Motorola)和大規(guī)模集成邏輯公司(LSILogic)。德州儀器公司最早進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，先入為主，到2000年，占有45%的市場(chǎng)份額，朗訊公司占有28%，摩托羅拉公司占有12%，模擬器件公司占有12%，而其它公司只占有3%的市場(chǎng)份額，可見競(jìng)爭(zhēng)之激烈。 TI 公司自1982年推出第一塊商用DSP TMS32010以來(lái)，DSP逐漸從單片機(jī)市場(chǎng)中瓜分得一塊地盤。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前大約有38%的單板機(jī)用戶已改用DSP，49%用戶正在考慮改用DSP。DSP市場(chǎng)的蛋糕正在越做越大。 據(jù)Forward Concepts的預(yù)測(cè)，DSP的市場(chǎng)每年增長(zhǎng)大約為30~40%。2001年將達(dá)到130億美元。現(xiàn)金，世界上的DSP有三百多種，其中定點(diǎn)DSP有兩百多種。前面說(shuō)到，生產(chǎn)DSP的公司有80多家，但實(shí)力雄厚的也就四五家，即德州儀器公司、 朗訊公司、模擬器件公司、摩托羅拉公司和大規(guī)模集成邏輯公司。德州儀器公司作為DSP生產(chǎn)商的代表，生產(chǎn)的品種也多，定點(diǎn)和浮點(diǎn)DSP大約都占60%，模擬器件公司的定點(diǎn)和浮點(diǎn)DSP大約分別占16%和13%，摩托羅拉公司的定點(diǎn)和浮點(diǎn)DSP大約分別占7%和14%，而朗訊公司則主要生產(chǎn)定點(diǎn)DSP，約占5%。根據(jù)1998年統(tǒng)計(jì)，占市場(chǎng)主導(dǎo)地位的產(chǎn)品是模擬器件公司的ADSP-21XX(16位定點(diǎn))，ADSP-21XXX(32位定點(diǎn)和浮點(diǎn))，朗訊公司的DSP16XXX(16位定點(diǎn))，DSP32XX(32位浮點(diǎn))，摩托羅拉公司的DSP561XX(16位定點(diǎn))，DSP560XX(24位定點(diǎn))，DSP96002(32浮點(diǎn))和德州儀器公司的TMS320CXX(16位定點(diǎn))，TMS320CXX(32位浮點(diǎn))等。 目前，我國(guó)DSP產(chǎn)品主要來(lái)自海外。TI公司的第一代產(chǎn)品TMS32010在1983年最早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。以后TI公司通過(guò)提供DSP培訓(xùn)課程，不斷擴(kuò)大市場(chǎng)份額，目前大約占有中國(guó)DSP市場(chǎng)的44%。其余為朗訊公司、模擬器件公司、摩托羅拉公司、ZSP公司和NEC等公司所占有。 市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)際上是技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)和服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)。TI公司為了保住已占有的市場(chǎng)份額，收購(gòu)了擅長(zhǎng)于模擬技術(shù)的Burr-Brown公司，不斷開發(fā)新產(chǎn)品新技術(shù)，如TMS320C55x。由于它的低功耗高性能，TMS320C55x被評(píng)為 2000年最重要的技術(shù)革新之一，作為2000年發(fā)布的最佳DSP，榮獲 Micro Design Resources(MDR) 的"分析家選擇獎(jiǎng)。這是2001年1月底在美國(guó)圣何塞(San Jose) 舉行的分析家選擇獎(jiǎng)和微處理器報(bào)告技術(shù)獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)儀式上宣布的。在同一會(huì)議上，TI公司的另一個(gè)高性能TMS320C64x DSP被提名為最佳DSP。TI公司是唯一一個(gè)獲得兩個(gè)新型DSP結(jié)構(gòu)最佳提名的公司。2001年2月，TI公司又宣布面向3G無(wú)線通信、寬帶接入和影像應(yīng) 用領(lǐng)域進(jìn)軍。其目前速度最快的DSP--TMS320C64x 已正式登臺(tái)亮相。 TI公司的三款最新器件TMS320C6414、TMS320C6415和TMS320C6416,其性能大為提高，速度是現(xiàn)今最快DSP的10倍，工作頻率高達(dá)600MHz，計(jì)算速度接近每秒50億次指令，而功耗僅為現(xiàn)有器件的三分之一。它們可通過(guò)一條單獨(dú)接入家庭的寬帶線路傳輸大量的個(gè)性化數(shù)據(jù)、視頻和語(yǔ)音，并可通過(guò)3G無(wú)線基站向無(wú)線手機(jī)發(fā)送多媒體信息。為了鞏固其市場(chǎng)地位，TI公司為2000家客戶提供技術(shù)支持，采用它的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和Express DSP實(shí)時(shí)軟件技術(shù)的組件DSP/BIOS，可方便地完成從因特網(wǎng)音頻播放器到通信基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)主要面向需要實(shí)時(shí)調(diào)度和同步、主機(jī)與目標(biāo)間的通信應(yīng)用，或與芯片支持庫(kù)相協(xié)調(diào)的、用于簡(jiǎn)化外設(shè)配置與初始化開發(fā)程序的在線檢測(cè)應(yīng)用。這種實(shí)時(shí)執(zhí)行能夠縮短開發(fā)時(shí)間50％以上，從而大大降低了開發(fā)成本。 面對(duì)TI公司的迅速發(fā)展，Motorola和Lucent急起直追。1999年4月，兩家聯(lián)合開發(fā)了高性能低功耗的DSP內(nèi)核SC140。Motorola公司用SC140開發(fā)出多用途的數(shù)字信號(hào)處理器MSC8101。它主要應(yīng)用在需要高性能、超大容量片內(nèi)存儲(chǔ)器的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，如第三代寬帶無(wú)線設(shè)備、IP電話系統(tǒng)、多通道調(diào)制解調(diào)器、多通道xDSL等，以保住他們?cè)谕ㄐ蓬I(lǐng)域中DSP的市場(chǎng)份額。互聯(lián)網(wǎng)無(wú)疑是數(shù)字信號(hào)處理器的處女地。Motorola和Lucent公司此舉目的明確，可謂來(lái)者不善。 CPU的霸主——Intel公司也開始涉足數(shù)字信號(hào)處理器領(lǐng)域，與ADI公司合作，共同開發(fā)用于無(wú)線手持設(shè)備和其它設(shè)備的DSP產(chǎn)品。并在2000年12月5日發(fā)布了一種新內(nèi)核結(jié)構(gòu)，具有DSP和微處理器的特點(diǎn)，可根據(jù)不同應(yīng)用改變功耗,延長(zhǎng)電池壽命10倍。針對(duì)這一產(chǎn)品，TI公司推出了售價(jià)僅為3美元的通用型DSP芯片TMS320C5401。該芯片的速度達(dá)到了每秒5000萬(wàn)條指令。它與TI公司其它DSP產(chǎn)品兼容，帶有8-Kbit芯片存儲(chǔ)，有廣泛的外設(shè)配置，耗電約為40-Mw。分析家認(rèn)為，TI公司這一新品無(wú)疑是對(duì)Intel、ADI公司的當(dāng)頭一擊。 2001年初，IBM公司簽約采用LSI Logic公司的DSP技術(shù)。這是LSI Logic公司簽訂的第四個(gè)也是迄今為止最重要的一個(gè)許可協(xié)議。這使人聯(lián)想起多年前IBM公司進(jìn)軍個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)的戰(zhàn)略決策公布后，極其強(qiáng)烈地刺激了PC業(yè)的發(fā)展。IBM公司此舉無(wú)疑向DSP世界發(fā)出了一個(gè)警訊：藍(lán)色巨人IBM來(lái)了！許可內(nèi)容包括LSI Logic ZSP400 DSP核心，軟件開發(fā)和驗(yàn)證工具。LSI Logic公司致力于半導(dǎo)體芯片及設(shè)計(jì)庫(kù)的開發(fā)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于無(wú)線、通信、機(jī)頂盒等領(lǐng)域中。獲得LSI Logic DSP 技術(shù)許可的公司目前有通信芯片制造商Broadcom公司、 Virata公司以及Brecis Communications公司。LSI Logic公司的最大客戶是Sun Microsystems Inc，后者也是Sony PlayStation II視頻游戲機(jī)的芯片制造商。LSI Logic公司一直尋求建立一種DSP芯片通用語(yǔ)言，從而使工程師可方便地采用不同供應(yīng)商的DSP芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。此通用語(yǔ)言對(duì)DSP，如同微軟的軟件之于PC，其意義不言而喻。 DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 互聯(lián)網(wǎng)和設(shè)備個(gè)性化是當(dāng)前信息社會(huì)的特征。互聯(lián)網(wǎng)是后PC時(shí)代全球經(jīng)濟(jì)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，也是DSP潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。而手機(jī)、PDA、MP3播放機(jī)以及手提電腦等則是設(shè)備個(gè)性化的典型代表。這些設(shè)備的發(fā)展水平取決于DSP的發(fā)展。新的形勢(shì)下，DSP面臨的要求是處理速度更高、性能更多更全，功耗更低，存儲(chǔ)器用量更少。專家認(rèn)為，其技術(shù)發(fā)展將會(huì)有以下一些走勢(shì)： 1.數(shù)字信號(hào)處理器的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，多通道結(jié)構(gòu)和單指令多重?cái)?shù)據(jù)(SIMD)、特大指令字組(VLIM)將在新的高性能處理器中將占主導(dǎo)地位，如Analog Devices的 ADSP-2116x。 2.DSP 和微處理器的融合。微處理器是低成本的，主要執(zhí)行智能定向控制任務(wù)的通用處理器能很好執(zhí)行智能控制任務(wù)，但是數(shù)字信號(hào)處理功能很差。而DSP的功能正好與之相反。在許多應(yīng)用中均需要同時(shí)具有智能控制和數(shù)字信號(hào)處理兩種功能，如數(shù)字蜂窩電話就需要監(jiān)測(cè)和聲音處理功能。因此，把DSP和微處理器結(jié)合起來(lái)，用單一芯片的處理器實(shí)現(xiàn)這兩種功能，將加速個(gè)人通信機(jī)、智能電話、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的開發(fā)，同時(shí)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，減小PCB體積，降低功耗和整個(gè)系統(tǒng)的成本。例如，有多個(gè)處理器的Motorola公司的DSP5665x，有協(xié)處理器功能的Massan公司FILU-200，把MCU功能擴(kuò)展成DSP和MCU功能的TI公司的TMS320C27xx以及Hitachi公司的SH-DSP，都是DSP和MCU融合在一起的產(chǎn)品。互聯(lián)網(wǎng)和多媒體的應(yīng)用需要將進(jìn)一步加速這一融合過(guò)程。 3.DSP 和高檔CPU的融合。大多數(shù)高檔GPP如Pentium 和PowerPC都是SIMD指令組的超標(biāo)量結(jié)構(gòu)，速度很快。LSI Logic 公司的LSI401Z采用高檔CPU的分支預(yù)示和動(dòng)態(tài)緩沖技術(shù)，結(jié)構(gòu)規(guī)范，利于編程，不用擔(dān)心指令排隊(duì)，使得性能大幅度提高。Intel公司涉足數(shù)字信號(hào)處理器領(lǐng)域?qū)?huì)加速這種融合。 4.DSP 和SOC的融合。SOC(System-On-Chip)是指把一個(gè)系統(tǒng)集成在一塊芯片上。這個(gè)系統(tǒng)包括DSP 和系統(tǒng)接口軟件等。比如Virata公司購(gòu)買了LSI Logic公司的ZSP400處理器內(nèi)核使用許可證，將其與系統(tǒng)軟件如USB、10BASET、以太網(wǎng)、UART、GPIO、HDLC等一起集成在芯片上，應(yīng)用在xDSL上，得到了很好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，SOC芯片近幾年銷售很好，由1998年的1.6億片猛增至1999年的3.45億片。1999年，約39%的SOC產(chǎn)品應(yīng)用于通訊系統(tǒng)。今后幾年，SOC將以每年31%的平均速度增長(zhǎng)，到2004年將達(dá)到13億片。毋庸置疑，SOC將成為市場(chǎng)中越來(lái)越耀眼的明星。 5.DSP 和FPGA的融合。FPGA是現(xiàn)場(chǎng)編程門陣列器件。它和DSP集成在一塊芯片上，可實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)處理，大大提高信號(hào)處理速度。據(jù)報(bào)道，Xilinx 公司的Virtex-II FPGA對(duì)快速傅立葉變換(FFT)的處理可提高30倍以上。它的芯片中有自由的FPGA可供編程。Xilinx公司開發(fā)出一種稱作Turbo卷積編譯碼器的高性能內(nèi)核。 設(shè)計(jì)者可以在FPGA中集成一個(gè)或多個(gè)Turbo內(nèi)核，它支持多路大數(shù)據(jù)流，以滿足第三代(3G)WCDMA無(wú)線基站和手機(jī)的需要，同時(shí)大大節(jié)省開發(fā)時(shí)間，使功能的增加或性能的改善非常容易。因此在無(wú)線通信、多媒體等領(lǐng)域?qū)⒂袕V泛應(yīng)用。 隨著PC神話般的發(fā)展，我們知道了摩爾定律，CPU成為人們耳熟能詳?shù)脑~匯。誰(shuí)能說(shuō)下一個(gè)不是DSP呢？ |
