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如何為數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用選擇微控制器

發(fā)布時(shí)間:2023-08-03 責(zé)任編輯:lina

【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)在工程師可以訪問大量的庫代碼、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)在工程師可以訪問大量的庫代碼、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)的過程。

毫無疑問,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,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)問題并不像您想象的那么簡(jiǎn)單。一般來說,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?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。


如何為數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用選擇微控制器


這種現(xiàn)代化的 8 位架構(gòu)由 Silicon Labs 開發(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。處理器通過執(zhí)行指令來完成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)可以通過使用流水線架構(gòu)來減少。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完成在微控制器 B 上需要多條指令的操作。


如何為數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用選擇微控制器


該圖傳達(dá)了流水線處理器的概念。請(qǐng)參閱這篇文章了解更多信息??屏?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)格來指示指令執(zhí)行速率(表示為 MIPS,每秒數(shù)百萬條指令)或每條指令的平均時(shí)鐘周期數(shù)。


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