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DSP軟件向桌面和嵌入式系統挑戰 
(發布日期:2007-9-3 13:37:32) 來源:
 
 如何合理地安排數據流程,使之在DSP的各執行單元間無沖突地順利執行,仍是DSP開發人員面臨的一個非常重要的問題。由于設計的復雜性,將算法映射到DSP具體目標硬件上,尚不能采用高層次編程語言,必須使用匯編語言,并對器件的并行執行機制有十分清楚的了解。而這種局限于匯編語言的編程設計,正是提高軟件開發效率的瓶頸。
  90年代早期,嵌入式系統和桌面應用的開發人員曾面臨相似的問題。當時為提高設計效率而采用的方法現在仍可借鑒使用。一個短期的解決方案是由編程人員自己解決這一問題。但是,編程人員相對短缺,而且DSP領域編程人員更為緊缺。在DSP開發時,可以考慮采用非DSP專業的編程人員,但這些人員一般傾向于使用桌面和嵌入式應用的開發工具。而DSP開發領域還沒有類似的工具,這就阻礙了DSP應用的進一步推廣。

  開發相似,實質不同

  即使采用了上述的開發工具,DSP還具有不同于RISC和CISC的獨特特征。DSP處理能力不僅靠越來越快的時鐘速率來實現,而且還依賴于并行處理結構的進一步采用。早期的DSP僅含有單個多路器和累加器,由哈佛結構以及一些控制寄存器環路組成。而目前的DSP處理器通常采用多個執行單元,每個執行單元都由算數邏輯運算單元(ALU),一個多路器和累加器組成,而且這些執行單元可以并行執行。

  美國I.C.Com 公司在與西門子半導體公司的合作中,開發出了Carmel DSP,它通過一個非常類似C的匯編語言來解決DSP開發面臨的上述瓶頸問題。

  I.C.Com公司VLSI設計副總裁Amnon Rom說:“我們的目的是使我們的匯編語言Carmel盡可能地接近C語言。對DSP開發來說,減少開發過程中從浮點算法轉換到固定點算法,然后再到匯編語言程序所需的時間非常重要。通過將匯編語言與之一一對應,從而減去了從C語言到匯編語言的開發步驟!

  友好易用的硬件系統

  美國ZSP公司采用易于編譯的硬件系統來解決DSP開發中面臨的這一問題。其硬件系統包含一個正交指令集,一個透 
明狀態機和一個流水線控制單元。其中流水線控制單元是該結構的關鍵,它代替編程人員對DSP中的并行執行單元進行作業安排控制。通過分配指令到硬件、解決數據和資源間的依存問題,從而將指令分組分配到DSP的各個并行執行單元。這樣減去了編程人員和編譯器安排分配并行任務的負擔。

  ZSP公司提供一套完整的軟件開發工具,讓編程人員管理復雜的DSP編程任務。可以通過命令行直接調用這一工具,或者通過使用Premia的Codewright編輯器。Codewright是一個開發工作平臺,通過它可啟動其他應用程序。ZSP就是采用該平臺來管理其Gnu編譯器、匯編器、鏈接器、仿真器以及調試工具。

  Codewright開發環境進一步擴展,包括了設計項目目錄管理功能,對項目可執行程序的生成進行參數調整。針對基本的DSP軟件開發,ZSP公司提供了一個完整的解決方案。

  美國TI公司認為DSP未來的發展在于軟件,并已經開始著手兩項開發。首先,它將Code Composer IDE的功能與DSP/BIOS和RTDX驅動程序進行集成,組成綜合開發環境Code Composer Studio。這是TI將其收購的GoDSP公司Code Composer DSP調試工具與Spectron的低檔DSP操作系統進行統一集成的結果。其次,它建立了DSP軟件模塊的標準接口,以便更好地重新利用現有的實現了的DSP算法。

  TI公司認為,通過將一個匯編語言優化器集成到其Code Composer開發環境,從而減少了對匯編語言的需要。據稱該工具產生的編碼的效率可達到手工調試的匯編語言的80。

  對DSP開發,每個MIP和存儲器字非常珍貴,對這一資源的任何浪費都會影響項目的進展,使之難以完成。但為了提高軟件開發效率,也必須犧牲一些MIP和存儲器為了更好地開發

  對DSP開發,每個MIP和存儲器字(Word)非常珍貴,對這一資源的任何浪費都會影響項目的進展,使之難以完成。但為了提高軟件開發效率,也必須犧牲一些MIP和存儲器。這些MIP和存儲器資源是用在DSP內訪問程序和數據轉換方面,訪問程序將DSP算法的內部表達方式轉換成共用的方式,以便進行通信。

  TI公司提出的軟件標準包含兩個方面,一是處理目標硬件與主機的接口,另一方面處理內部的API(應用程序接口)集,以提供DSP軟件模塊間的通信。在主機一側,是Active X程序集,用來處理與目標硬件間的通信,并模擬目標器件的行為。這里主機接口包括以下四個主組:項目服務器,編輯服務器,圖象服務器和調試服務器。其中調試服務器用來建立和維持與目標硬件間的通信。在目標硬件一側,鏈接依賴于RTDX和DSP BIOS。

Blue Wave Systems的產品經理Nick Keeling對Code Composer Studio表示很大的興趣,他說,通過這一產品,可以看到DSP軟件開發步入成熟。這一進程是TI與其第三方DSP板級開發商共同合作的結果,從Code Composer Studio開發的初期,第三方板級開發商就積極地參與了進來。而這一參與使第三方廠商有能力對Code Composer Studio的功能開展進一步開發。 

  Blue Wave Systems公司正對Code Composer Studio進行改進,使它能自動識別與之相連的任何電路板,包括讀取電路板上的配置信息,以及識別安裝在電路板上的驅動程序類型。該公司可提供這種電路板和改進后的具備自動識別功能的Code Composer Studio開發環境。 

  Analog Devices公司的Visual DSP工具集與TI公司的Code Composer類似,但不包括主機與目標硬件的鏈接。該工具支持其全部SHARC DSP系列產品。 

  Visual DSP是集成了IDE和調試器的一個項目管理工具。原碼調試工作可在一個C語言和匯編語言的混合環境中完成。同時調試工作可通過一個硬件仿真器在主機上進行,也可直接在目標硬件上實現。 

  目標器件接口數據流可通過中斷的隨機組合來仿真。并可在指定的地址范圍內和地址范圍外設置觀測點進行檢查。這種功能使開發人員能更好地處理堆棧資源的下溢和上溢。 

  DSP:數字化時代的驕子 

  在即將告別20世紀 、步入21世紀的世紀之交的時刻,讓我們首先回顧一下國際上電子工業最近30年來發展的歷程:  
70年代的電子工業以消費電子為主,代表性的產品是錄像機、攝像機、彩電,主要的生產廠商是日本的Sony、JVC、荷蘭的Philips等家電廠商,依靠的是大規模生產和優秀的質量。80年代是計算機時代,代表性的產品是PC機、硬盤驅動器、打印機,主要生產廠商是美國的Intel、IBM、Microsoft、Compaq等公司。90年代起是信息時代,代表性的產品是個人通信網、網絡接入設備、數字化消費類電子產品,主要生產廠商目前尚難確定,處于戰國七雄爭霸時代,主要獲勝的戰略之一是以DSP為核心的技術及其創新產品。 

  DSP可以代表數字信號處理技術,也可以代表數字信號處理器,其實兩者是不可分割的,前者是理論上的技術,要通過后者變成實際產品。兩者結合起來就成為解決某一實際問題和實現某一方案的手段——數字信號處理解決方案(DSPS)。 

  DSPS正在改變我們生活方式的各個方面,例如人們之間的聯系方式正由電話轉向個人通信方式。人類從電話發明到5千萬電話用戶數花了70年時間,模擬蜂窩電話達到5千萬用戶花了14年,而數字蜂窩電話(GSM是其中之一)只花了5年就達到相同的用戶數。 

  再如我們的娛樂方式,VCD、DVD正替代VHS錄像機,數字電視機開始替代模擬的NTSC或PAL制電視機。家庭影院主要由數字化A/V設備組成,DSP不僅給你環繞聲,還為你虛擬各種現場效果。 

  DSP日益進入人們的生活,所以DSP芯片的年增長率超過50,在最近幾年整個半導體產量下降的情況下,唯有DSP芯片保持高速增長的勢頭。 

  DSP的發展面臨的挑戰是CPU速度的急速增快和價格的持續下降,使DSP制造商面臨兩種選擇,一種是加快DSP的發展,另一種是退出競爭。看來主要的DSP制造商都選擇了第一種路線,尤其是占全球DSP銷售份額45的美國TI公司在對公司的產品進行結構性調整的基礎上,以多元化投資轉到單一化投資,確立以DSPS為主要發展的產品,即集所有技術、所有產品于DSP。 

  TI公司在原來已被人們熟知的TMS320C1X、TMS320C25、TMS320C3X/4X、TMS320C5X、TMS320C8X的基礎上發展了三種新的DSP系列,它們是:TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000系列,成為當前和未來相當長時期內TI DSP的主流產品,前面提到的那些老型號產品均將被這三種新系列產品替代。從今年開始,’C1X、’C25、C5X、C8X的價格每年都會上調,今年提升了10。而’C2000、’C5000和’C6000三種新系列芯片的價格會逐年作較大幅度的下調,因此無論從價格還是技術支持或是從產品開發的連續性出發,建議大家盡量采用新的DSP系列,在進行教學、培訓時也應介紹這三種新的系列。 

  三種新型TMS320 DSP系列的特點 

  1.TMS320C2000——作控制用的最佳DSP,可以替代老的’C1X和’C2X,F在有趨勢集中在以下兩個方向上: 

 。1)C20X 16位定點DSP,速度為20MIPS,主要用途是電話、數字相機、售貨機等,其中:’F206帶有閃速存儲器,售價從5~17美元。 


 。2)C24X 16位定點DSP,速度為20MIPS,用作數字馬達控制、工業自動化、電力轉換系統、空調等,售價從4~18美元。 

2.TMS320C5000——低功耗高性能DSP,16位定點,速度40~200MIPS。主要用途是有線和無線通信、IP、便攜式信息系統、尋呼機、助聽器等。價格5~75美元。 

  目前,C5000系列中又有三種新成員,一種是’C5402,這是廉價型的DSP,目標價格是每片5美元(50K批量),速度保持100MIPS,片內存儲空間稍小一些,RAM為16K、ROM為4K。主要應用對象是無線Modem、新一代PDA、網絡電話和其它電話系統以及消費類電子產品。 

  第二種是C

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