隨著半導(dǎo)體技術(shù)飛速進(jìn)步,System LSI技術(shù)或片上集成系統(tǒng)（System on Chip）盛行。從半導(dǎo)體芯片應(yīng)用方面看,由于數(shù)字化浪潮高漲,在網(wǎng)絡(luò)文化時(shí)代的各種設(shè)備要求半導(dǎo)體芯片既能進(jìn)行信息處理又可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信號(hào)處理。于是,近年來,市場上開始出現(xiàn)一種新型的微處理器芯片叫作DSP Microcontroller。
DSP Microcontroller產(chǎn)品充分利用SoC技術(shù),擴(kuò)充集成有豐富的外圍功能,使用戶能以小型化且低成本的高性能微控制器芯片實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。本文試通過介紹DSP Microcontroller的發(fā)展經(jīng)緯、特點(diǎn)和最新進(jìn)展,說明這種新產(chǎn)品適用的應(yīng)用領(lǐng)域。
微控制器與DSP融合
半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家從1999年開始生產(chǎn)兼?zhèn)湮⒖刂破骱蛿?shù)字信號(hào)處理器性能的新型DSP Microcontrolle芯片,用于滿足接收/發(fā)送Internet電子郵件和互聯(lián)網(wǎng)瀏覽之類的信息處理,以及音頻/視頻信號(hào)處理應(yīng)用。當(dāng)時(shí),各個(gè)芯片生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的DSP Microcontroller產(chǎn)品,大體上是采用以下三種不同的方法。
第一種以現(xiàn)行著名的MIPS體系結(jié)構(gòu)微控制器為基礎(chǔ),擴(kuò)充有DSP指令和運(yùn)算器。例如,美國Lexra Inc.,日本NEC和美國Sand Craft Inc.的DSP Micorocontroller產(chǎn)品LX5280、VR5464和（SRI-GX）、都是在美國MIPS Technologies的MIPS體系結(jié)構(gòu)上進(jìn)行擴(kuò)充的芯片產(chǎn)品。
第二種方法是以現(xiàn)行的數(shù)字信號(hào)處理器DSP為基礎(chǔ),擴(kuò)充高速執(zhí)行信息處理程序的新功能而形成的產(chǎn)品。如像美國的Texas Instruments、Analog Devices、Lucent Technologies以及Motorola 等DSP芯片大制造商,分別推出的TMS320C6211、TigerSHARC、LX528和SC140等,都是采用第二種方法制造的。
第三種方法是為了開發(fā)融微控制器與數(shù)字信號(hào)處理器為一體的DSP Microcontroller,采用一種新開發(fā)的體系結(jié)構(gòu)。例如,三菱電機(jī)、Infineon Technologies AG和STMicroelectronics公司的 D30V、TriCore-1和ST100,都是采用新的體系結(jié)構(gòu)的DSP Microcontroller。
值得一提的是,除了MIPS體系結(jié)構(gòu)微控制器之外,日立的SH3型微控制器也是在世界上銷售比較多的芯片。日立公司也推出DSP Microcontroller新產(chǎn)品叫作SH3-DSP,它是在SH3微控制器的基礎(chǔ)上擴(kuò)充功能的產(chǎn)品。因此,SH3-DSP也是基于第一種方法制造的DSP Microcontroller產(chǎn)品。盡管從DSP Microcontroller的體系結(jié)構(gòu)上有三種之多,但就實(shí)現(xiàn)技術(shù)而論,重點(diǎn)在于解決數(shù)字信號(hào)處理過程中的16位數(shù)據(jù)“積和”運(yùn)算速度問題（因?yàn)槲⒖刂破骷夹g(shù)方面相對(duì)比較成熟）。針對(duì)這個(gè)關(guān)鍵性問題,普遍采用指令一級(jí)并行處理技術(shù),如像超標(biāo)量技術(shù)和甚長指令字技術(shù)VLIW（Very Long Instruction Word）。例如,采用新體系結(jié)構(gòu)和以DSP為基礎(chǔ)的DSP Microcontroller產(chǎn)品,幾乎都是應(yīng)用VLIW技術(shù);然而,以微控制器為基礎(chǔ)的DSP Micro-controller產(chǎn)品,如像以MIPS體系結(jié)構(gòu)的微控制器擴(kuò)充成為DSP Microcontroller時(shí),許多芯片產(chǎn)品都是利用超標(biāo)量技術(shù);但是,也有少數(shù)例外的情況,如像日立的SH3-DSP和松下電器產(chǎn)業(yè)的AM33型DSP Microcontroller新產(chǎn)品都是利用VLIW技術(shù)。
早期的DSP Microcontroller芯片,它們?nèi)贒SP和微控制器為單一硅片,可以高速執(zhí)行DSP的信號(hào)處理程序,也能快速執(zhí)行微控制器的信息處理程序。DSP Microcon-troller新產(chǎn)品具備如下4大共同特點(diǎn)：
(1) 具備“積和”運(yùn)算器,在1個(gè)時(shí)周期內(nèi)可把16位數(shù)據(jù)的積和運(yùn)算結(jié)果寫入寄存器;
(2) 把存儲(chǔ)器里保存的數(shù)據(jù)向寄存器里傳送和執(zhí)行積和運(yùn)算,能夠?qū)崿F(xiàn)并行處理;
(3) 通常DSP Microcontroller芯片都具備8個(gè)以的通用寄存器;
(4) 具備數(shù)MB到4GB的地址空間。
DSP Microcontroller最新產(chǎn)品舉例
DSP Microcontroller新產(chǎn)品自從1999年上市以來,時(shí)值網(wǎng)絡(luò)終端產(chǎn)品（如STB、IMT2000手機(jī)、多功能PDA以及掌上電腦等）暢銷、曾一顯身手。
最近,許多DSP Microcontroller生產(chǎn)廠家為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備廠家的新需求,開始充分利用SoC技術(shù)擴(kuò)充芯片產(chǎn)品功能。例如,日立公司日前向市場上投放的SH7727芯片產(chǎn)品,它是SH3-DSP型DSP Microcontroller的后繼產(chǎn)品。
SH7727芯片具備如下特點(diǎn)：
�。�1）能實(shí)現(xiàn)聲音和圖像中間軟件壓縮/解壓縮高速處理。因?yàn)樗抢肧H3-DSP CUP機(jī)芯（Core）,當(dāng)時(shí)鐘頻率為160MHz時(shí)可實(shí)現(xiàn)208MIPS和320MOPS。它所能實(shí)現(xiàn)的聲音和圖像中間軟件處理內(nèi)容包括MP3（MPEG-1 Audio Layer3）、ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation）、JPEG（Joint Photographic Experts Group）以及用于因特網(wǎng)電話（Internet Telephone）的VoIP通信協(xié)議處理等等。
