讓新型SHARC處理器滿足“一高二低”的浮點設計需求
摘要： 浮點DSP比定點DSP的動態范圍更大；很多算法的浮點代碼比定點占用更少的周期；浮點DSP可以實現更高的精度；浮點DSP的浮點運算用硬件來實現，其處理速度大大高于定點DSP…...這些浮點DSP與定點DSP的比較優勢是浮點算法擁躉者們在“浮點定點之爭”的話題中常提及的，也為大多數嵌入式設計工程師所熟知。
Abstract：
Key words :
浮點DSP比定點DSP的動態范圍更大；很多算法的浮點代碼比定點占用更少的周期；浮點DSP可以實現更高的精度；浮點DSP的浮點運算用硬件來實現，其處理速度大大高于定點DSP…...這些浮點DSP與定點DSP的比較優勢是浮點算法擁躉者們在“浮點定點之爭”的話題中常提及的，也為大多數嵌入式設計工程師所熟知。
然而，由于電路復雜性和制造工藝上的原因，浮點處理器與定點處理器相比在成本和功耗上通常具有明顯的劣勢，從而導致浮點處理器的卓越處理能力、大動態范圍和高精度的優勢一直以來成了雷達、專業音頻、醫療設備等高端產品的“專利”。近年來，浮點處理器在提供高性能的同時，在降低功耗和成本上有了長足的進步，主要的提供商都提供了5到10美元以內的浮點DSP，功耗也顯著降低，浮點處理器正在開啟更廣泛應用的大門。
近日，浮點處理器全球領導企業ADI公司推出了其第四代SHARC處理器的新系列——ADSP 2148x和ADSP 2147x，在延續第四代SHARC處理器的高性能基礎上，新型處理器在低成本和低功耗特性上具有不俗的表現，將為成本和功耗敏感的產品帶來利用浮點DSP的機遇。本文將解析新型SHARC處理器的“一高”（高性能）、“二低”（低功耗和低成本）特性，以及將給便攜式電子、消費電子等產品設計帶來的技術應用創新機遇。
“一高二低”的浮點DSP新典范
從第一款真正的SHARC處理器ADSP-21060在16年前推出以來，SHARC處理器就一直引領著高性能浮點處理器的技術標桿。ADSP 2148x和ADSP 2147x處理器繼承了第四代SHARC處理器的優良“基因”并實現了多項創新：具有PCG、8個串口、4個立體聲通道ASRC、UART、TWI，可為工業、儀表、消費類音響、汽車和專業音響應用提供理想的外設特性；采用可變指令集架構（VISA），可以通過縮減指令操作碼大小為應用代碼釋放多達30%的存儲空間；最高5Mb片上RAM容量支持單芯片解決方案，允許許多應用取消外部存儲器元件，而且每Mb的價格只有競爭性器件的一半，從而降低系統BOM成本；濾波器硬件加速器允許并行執行，能為內核釋放出更多的MIPS；具有專用的硬件加速器和獨立的計算單元以及DMA控制器，實現了后臺執行FFT/FIT/IIR信號處理，可減輕內核處理負擔；等等。SHARC2148x和SHARC2147x除了具有上述共同特性外，還分別針對各自的目標應用進行了若干優化，使其更加符合特定目標應用的性能、成本、集成度和功耗要求。
高性能、低成本是ADSP 2148x系列處理器的主要特點。最高400MHz的性能比同類32位競爭DSP產品提高33%，芯片支持濾波器功能使其執行濾波運算時不耗用內核資源，從而進一步提高處理能力。針對工業和汽車應用，SHARC2148x系列部分型號還集成了熱敏二極管以支持高環境溫度工作。對于某些需要大容量存儲器的應用，集成的內存控制器可直接連接SDRAM、閃存和SRAM。而ADSP 2148x價格低至9.49美元。
圖1：SHARC2148x和2147x處理器內部功能框圖
低功耗是新款SHARC2147x系列處理器的最大亮點，在最高266MHz的性能條件下功耗僅為363mW(典型值），比同類競爭處理器功耗降低達20%。SHARC 2147x系列處理器充足的片上存儲器和先進的并行處理能力都有利于降低功耗，通過擴展處理器的低功耗架構，確保系統級功耗的大幅節省。這些功能使設計師能夠滿足苛刻的功率預算。
為更多應用帶來浮點處理器性能
SHARC 2148x、2147x系列處理器的推出改變了工程師對浮點處理器一貫的“貴族”印象，千片訂量的報價分別為9.49（SHARC 21488）和9.25美元（SHARC 21478），與最接近的同類競爭器件相比，其價格降低超過3美元，這對于成本敏感的產品來說是一個不小的“紅利”。
如此低的價格將讓更多的消費者享受到高性能浮點處理器帶來的高保真音頻性能。當您在對包括AVR、高清DVD、高端電視等消費電子產品進行方案選型時，不妨將SHARC處理器作為您的選項之一，SHARC 2148x和2147x系列處理器所具備的高處理能力讓您在系統資源預算上有更大的自由度，可以充分考慮像室內均衡、音量管理、對非理想的房間聲學特性及揚聲器響應補償、逼真的環繞聲音效、動態效果處理等以前常在專業音響設備中才使用的技術。
汽車輔助駕駛系統也將從更低價格的高性能SHARC處理器獲益。由于大部分輔助駕駛應用需要進行大量的數據處理，需要實現高速并行的高級圖像控制和處理，圖像縮放、處理和識別等都需要采用先進數字信號處理能力。SHARC2148x和2147x處理器提供的計算精度有利于提升基于雷達的駕駛輔助系統性能，為苛刻的安全應用實現最佳的目標分辨、多目標跟蹤及實時系統響應。具備低功耗屬性并且能適應105℃環境工作溫度，SHARC2148x和2147x處理器滿足了汽車環境需求并且具有價格競爭力，可幫助降低汽車輔助駕駛系統的打包價格，加速消費者的接受和采用。
圖2新型SHARC處理器將鎖定這些應用
正是因為SHARC2147x處理器突破性的低功耗特性，ADI在新的產品營銷策略中將SHARC處理器的市場領域擴展至包括便攜式醫療產品在內的便攜式電子應用中。小型化、便攜需求已經成為醫療設備的一個發展趨勢，SHARC2147x處理器的推出正是順應了這個發展趨勢，低至363mW的典型功耗足以滿足便攜設備的低功耗需求。目前SHARC2147x已經成功應用在便攜血氧分析儀等便攜式產品中。
低成本、低功耗的新型SHARC處理器的推出也必將惠及工業及儀表應用。高精度電機控制、大動態范圍的頻譜分析儀等工業應用一直以來是DSP處理器擅長的領域，過去高性能浮點DSP的成本因素讓很多此類應用轉向定點DSP或其他替代方案，而SHARC處理器的低成本將為這些應用利用浮點處理器帶來的高性能、高精度和大動態范圍的契機。
良好開發環境讓應用更輕松
對熟悉定點算法的工程師來說，利用浮點DSP進行開發是否帶來更大的挑戰？事實上，在最初使用匯編語言編程的年代，浮點處理器的代碼實現就比定點更容易，而在同樣使用C語言來實現目標應用的高性能、高精度、大動態范圍的時候，浮點處理器可以讓您的設計更輕松。而且浮點DSP提供商提供的便利開發環境和各種庫資源還可以進一步簡化應用開發。
VisualDSP++是全球嵌入式系統開發工程師所熟悉并廣受歡迎的集成軟件開發與調試環境，是ADI公司針對旗下Blackfin處理器和SHARC處理器開發的，具有豐富開發便利特性，可以極大方便用戶基于SHARC處理器的系統開發：完全集成的用戶界面包括項目管理、調試、建模與繪圖；具有C/C++編譯器、匯編器（支持C語言數據類型）、專家鏈接器、加載器，支持各種設計和調試目標；自動API與自動腳本感知引擎；VisualDSP++內核（VDK），具有多處理器通信能力；針對SHARC的多項目管理；等等。
ADI公司還針對音頻應用開發了VisualDSP++集成開發與調試環境的插件——VisualAudio。VisualAudio為工程師提供了圖形化的音頻系統設計與開發環境，可以簡化基于SHARC的音頻系統的開發過程，縮短面市時間、減小開發風險、降低開發成本。VisualAudio包含一個基于PC的圖形用戶界面以及大量的SHARC處理器音頻專門技術，使得即使沒有相關經驗的工程師也可以利用一套基本的音頻庫和工具來迅速啟動其項目，并使開發過程模塊化、縮短學習時間。VisualAudio可與ADI公司的軟件開發和診斷環境VisualDSP++協同工作。
ADI公司針對SHARC處理器的各種應用建立了由第三方開發商組成的廣泛技術支持網絡，可以為應用開發企業提供額外的軟件模塊和系統集成支持，這些第三方支持包括針對消費類、汽車和專業音響、軍事、通信和儀器提供各種庫資源、開發環境等。
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