如何由單片機(jī)系統(tǒng)升級(jí)到DSP系統(tǒng)

在過去的幾十年里，單片機(jī)的廣泛應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了簡單的智能控制功能。隨著信息化的進(jìn)程和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信號(hào)處理理論與方法等的迅速發(fā)展，需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，對(duì)實(shí)時(shí)性和精度的要求越來越高，低檔單片機(jī)已不再能滿足要求。近年來，各種集成化的單片DSP的性能得到很大改善，軟件和開發(fā)工具也越來越多，越來越好；價(jià)格卻大幅度下滑，從而使得DSP器件及技術(shù)更容易使用，價(jià)格也能夠?yàn)閺V大用戶接受；越來越多的單片機(jī)用戶開始選用DSP器件來提高產(chǎn)品性能，DSP器件取代高檔單片機(jī)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。
本文將從性能、價(jià)格等方面對(duì)單片機(jī)和DSP器件進(jìn)行比較，在此基礎(chǔ)上，以TI的TMS320C2XX系列DSP器件為例，探討DSP器件取代單片機(jī)的可行性。

DSP器件與單片機(jī)的比較

1.單片機(jī)的特點(diǎn)

所謂單片機(jī)就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時(shí)鐘、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、多種功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起來說，單片機(jī)具有如下特點(diǎn)：

＊具有位處理能力，強(qiáng)調(diào)控制和事務(wù)處理功能。
＊價(jià)格低廉。如低檔單片機(jī)價(jià)格只有人民幣幾元錢。
＊開發(fā)環(huán)境完備，開發(fā)工具齊全，應(yīng)用資料眾多。
＊后備人才充足。國內(nèi)大多數(shù)高校都開設(shè)了單片機(jī)課程和單片機(jī)實(shí)驗(yàn)。

2.DSP器件的特點(diǎn)

與單片機(jī)相比，DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲(chǔ)器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。DSP器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時(shí)存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強(qiáng)的多級(jí)流水線，使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算能力。DSP器件比16位單片機(jī)單指令執(zhí)行時(shí)間快8～10倍，完成一次乘加運(yùn)算快16～30倍。DSP器件還提供了高度專業(yè)化的指令集，提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運(yùn)算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先進(jìn)的開發(fā)手段，批量生產(chǎn)測試更方便，開發(fā)工具可實(shí)現(xiàn)全空間透明仿真，不占用用戶任何資源。軟件配有匯編/鏈接C編譯器、C源碼調(diào)試器。

目前國內(nèi)推廣應(yīng)用最為廣泛的DSP器件是美國德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的TMS320系列。DSP開發(fā)系統(tǒng)的國產(chǎn)化工作已經(jīng)完成，國產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)的價(jià)格至少比進(jìn)口價(jià)格低一半，有的如TMS320C2XX開發(fā)系統(tǒng)只有進(jìn)口開發(fā)系統(tǒng)價(jià)格的1/5，這大大刺激了DSP器件的應(yīng)用。目前，已有不少高校計(jì)劃建立DSP實(shí)驗(yàn)室，TI公司和北京聞亭公司都已制訂了高校支持計(jì)劃，將帶動(dòng)國內(nèi)DSP器件的應(yīng)用和推廣。

3.DSP器件大規(guī)模推廣指日可待

通過上述比較，我們可得出結(jié)論：DSP器件是一種具有高速運(yùn)算能力的單片機(jī)。

從應(yīng)用角度看：DSP器件是運(yùn)算密集型的，而單片機(jī)是事務(wù)密集型的，DSP器件可以取代單片機(jī)，單片機(jī)卻不能取代DSP。DSP器件價(jià)格大幅度下滑，直逼單片機(jī)。DSP器件廣泛使用了JTAG硬件仿真，比單片機(jī)更易于硬件調(diào)試。國產(chǎn)化的DSP開發(fā)系統(tǒng)為更多用戶采用DSP器件提供了可能性。DSP取代單片機(jī)的技術(shù)和價(jià)格的市場條件已經(jīng)成熟,大規(guī)模推廣指日可待。

DSP器件的典型應(yīng)用

隨著DSP性能不斷改善，用DSP器件來作實(shí)時(shí)處理已成為當(dāng)今和未來技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新熱點(diǎn)。

TI公司最新推出的TMS320C2XX系列具有良好的性能價(jià)格比，基本可以取代16位單片機(jī)。其中TMS320C203單片價(jià)格不到人民幣100元，芯片內(nèi)置544字的高速SRAM。外部可尋址64K字程序/數(shù)據(jù)及I/O，指令周期在25ns～50ns之間，實(shí)時(shí)性處理比16位單片機(jī)快2倍以上，可取代一般的單片機(jī)。TMS320F206除了具有TMS320C203的功能外，內(nèi)置32K字零等待快閃存儲(chǔ)器，可滿足單片設(shè)計(jì)的要求，能最大限度減少用戶板的體積。TMS320F240的指令、DSP核與TMS320C203、F206完全兼容，內(nèi)置8K/16K字快閃存儲(chǔ)器，增加了兩路10位A/D，每路采樣頻率可達(dá)166kHz，提供9路獨(dú)立的PWM輸出，內(nèi)置SCI和SPI接口，內(nèi)置CAN總線接口。這些大大增強(qiáng)了TMS320X240的處理能力，在電機(jī)控制領(lǐng)域顯示了強(qiáng)大的生命力。它是一個(gè)典型的TMS320F240的用戶系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)如下功能：

＊3相PWM輸出/3相電流測量/按鍵控制
＊液晶顯示/RS232通信
＊A/D、D/A接口
＊62K字零等待SRAM
＊擴(kuò)展的輸入、輸出及雙向I/O口/JTAG接口

結(jié)論

DSP技術(shù)的不斷完善，各種DSP器件的不斷推出，將為實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用創(chuàng)造前所未有的廣闊空間。單片機(jī)用戶在硬件和軟件方面的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可使他們很容易從單片機(jī)升級(jí)到DSP。