DSP軟件向桌面和嵌入式系統(tǒng)挑戰(zhàn)
90年代早期,嵌入式系統(tǒng)">嵌入式系統(tǒng)和桌面應(yīng)用的開發(fā)人員曾面臨相似的問題。當(dāng)時(shí)為提高設(shè)計(jì)效率而采用的方法現(xiàn)在仍可借鑒使用。一個(gè)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(lǐng)域編程人員更為緊缺。在DSP開發(fā)時(shí),可以考慮采用非DSP專業(yè)的編程人員,但這些人員一般傾向于使用桌面和嵌入式應(yīng)用的開發(fā)工具。而DSP開發(fā)領(lǐng)域還沒有類似的工具,這就阻礙了DSP應(yīng)用的進(jìn)一步推廣。
開發(fā)相似,實(shí)質(zhì)不同
即使采用了上述的開發(fā)工具,DSP還具有不同于RISC和CISC的獨(dú)特特征。DSP處理能力不僅靠越來越快的時(shí)鐘速率來實(shí)現(xiàn),而且還依賴于并行處理結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步采用。早期的DSP僅含有單個(gè)多路器和累加器,由哈佛結(jié)構(gòu)以及一些控制寄存器環(huán)路組成。而目前的DSP處理器通常采用多個(gè)執(zhí)行單元,每個(gè)執(zhí)行單元都由算數(shù)邏輯運(yùn)算單元(ALU),一個(gè)多路器和累加器組成,而且這些執(zhí)行單元可以并行執(zhí)行。
美國I.C.Com 公司在與西門子半導(dǎo)體公司的合作中,開發(fā)出了Carmel DSP,它通過一個(gè)非常類似C的匯編語言來解決DSP開發(fā)面臨的上述瓶頸問題。
I.C.Com公司VLSI設(shè)計(jì)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(fā)來說,減少開發(fā)過程中從浮點(diǎn)算法轉(zhuǎn)換到固定點(diǎn)算法,然后再到匯編語言程序所需的時(shí)間非常重要。通過將匯編語言與之一一對應(yīng),從而減去了從C語言到匯編語言的開發(fā)步驟。”
友好易用的硬件系統(tǒng)
美國ZSP公司采用易于編譯的硬件系統(tǒng)來解決DSP開發(fā)中面臨的這一問題。其硬件系統(tǒng)包含一個(gè)正交指令集,一個(gè)透
明狀態(tài)機(jī)和一個(gè)流水線控制單元。其中流水線控制單元是該結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵,它代替編程人員對DSP中的并行執(zhí)行單元進(jìn)行作業(yè)安排控制。通過分配指令到硬件、解決數(shù)據(jù)和資源間的依存問題,從而將指令分組分配到DSP的各個(gè)并行執(zhí)行單元。這樣減去了編程人員和編譯器安排分配并行任務(wù)的負(fù)擔(dān)。
ZSP公司提供一套完整的軟件開發(fā)工具,讓編程人員管理復(fù)雜的DSP編程任務(wù)。可以通過命令行直接調(diào)用這一工具,或者通過使用Premia的Codewright編輯器。Codewright是一個(gè)開發(fā)工作平臺,通過它可啟動(dòng)其他應(yīng)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(diào)試工具。
Codewright開發(fā)環(huán)境進(jìn)一步擴(kuò)展,包括了設(shè)計(jì)項(xiàng)目目錄管理功能,對項(xiàng)目可執(zhí)行程序的生成進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。針對基本的DSP軟件開發(fā),ZSP公司提供了一個(gè)完整的解決方案。
美國TI公司認(rèn)為DSP未來的發(fā)展在于軟件,并已經(jīng)開始著手兩項(xiàng)開發(fā)。首先,它將Code Composer IDE的功能與DSP/BIOS和RTDX驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行集成,組成綜合開發(fā)環(huán)境Code Composer Studio。這是TI將其收購的GoDSP公司Code Composer DSP調(diào)試工具與Spectron的低檔DSP操作系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一集成的結(jié)果。其次,它建立了DSP軟件模塊的標(biāo)準(zhǔn)接口,以便更好地重新利用現(xiàn)有的實(shí)現(xiàn)了的DSP算法。
TI公司認(rèn)為,通過將一個(gè)匯編語言優(yōu)化器集成到其Code Composer開發(fā)環(huán)境,從而減少了對匯編語言的需要。據(jù)稱該工具產(chǎn)生的編碼的效率可達(dá)到手工調(diào)試的匯編語言的80。
對DSP開發(fā),每個(gè)MIP和存儲器字非常珍貴,對這一資源的任何浪費(fèi)都會影響項(xiàng)目的進(jìn)展,使之難以完成。但為了提高軟件開發(fā)效率,也必須犧牲一些MIP和存儲器為了更好地開發(fā)
對DSP開發(fā),每個(gè)MIP和存儲器字(Word)非常珍貴,對這一資源的任何浪費(fèi)都會影響項(xiàng)目的進(jìn)展,使之難以完成。但為了提高軟件開發(fā)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(nèi)訪問程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方面,訪問程序?qū)SP算法的內(nèi)部表達(dá)方式轉(zhuǎn)換成共用的方式,以便進(jìn)行通信。
TI公司提出的軟件標(biāo)準(zhǔn)包含兩個(gè)方面,一是處理目標(biāo)硬件與主機(jī)的接口,另一方面處理內(nèi)部的API(應(yīng)用程序接口)集,以提供DSP軟件模塊間的通信。在主機(jī)一側(cè),是Active X程序集,用來處理與目標(biāo)硬件間的通信,并模擬目標(biāo)器件的行為。這里主機(jī)接口包括以下四個(gè)主組:項(xiàng)目服務(wù)器,編輯服務(wù)器,圖象服務(wù)器和調(diào)試服務(wù)器。其中調(diào)試服務(wù)器用來建立和維持與目標(biāo)硬件間的通信。在目標(biāo)硬件一側(cè),鏈接依賴于RTDX和DSP BIOS。
Blue Wave Systems的產(chǎn)品經(jīng)理Nick Keeling對Code Composer Studio表示很大的興趣,他說,通過這一產(chǎn)品,可以看到DSP軟件開發(fā)步入成熟。這一進(jìn)程是TI與其第三方DSP板級開發(fā)商共同合作的結(jié)果,從Code Composer Studio開發(fā)的初期,第三方板級開發(fā)商就積極地參與了進(jìn)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(jìn)一步開發(fā)。
Blue Wave Systems公司正對Code Composer Studio進(jìn)行改進(jìn),使它能自動(dòng)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(qū)動(dòng)程序類型。該公司可提供這種電路板和改進(jìn)后的具備自動(dòng)識別功能的Code Composer Studio開發(fā)環(huán)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(jī)與目標(biāo)硬件的鏈接。該工具支持其全部SHARC DSP系列產(chǎn)品。
Visual DSP是集成了IDE和調(diào)試器的一個(gè)項(xiàng)目管理工具。原碼調(diào)試工作可在一個(gè)C語言和匯編語言的混合環(huán)境中完成。同時(shí)調(diào)試工作可通過一個(gè)硬件仿真器在主機(jī)上進(jìn)行,也可直接在目標(biāo)硬件上實(shí)現(xiàn)。
目標(biāo)器件接口數(shù)據(jù)流可通過中斷的隨機(jī)組合來仿真。并可在指定的地址范圍內(nèi)和地址范圍外設(shè)置觀測點(diǎn)進(jìn)行檢查。這種功能使開發(fā)人員能更好地處理堆棧資源的下溢和上溢。
DSP:數(shù)字化時(shí)代的驕子
在即將告別20世紀(jì) 、步入21世紀(jì)的世紀(jì)之交的時(shí)刻,讓我們首先回顧一下國際上電子工業(yè)最近30年來發(fā)展的歷程:
70年代的電子工業(yè)以消費(fèi)電子為主,代表性的產(chǎn)品是錄像機(jī)、攝像機(jī)、彩電,主要的生產(chǎn)廠商是日本的Sony、JVC、荷蘭的Philips等家電廠商,依靠的是大規(guī)模生產(chǎn)和優(yōu)秀的質(zhì)量。80年代是計(jì)算機(jī)時(shí)代,代表性的產(chǎn)品是PC機(jī)、硬盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī),主要生產(chǎn)廠商是美國的Intel、IBM、Microsoft、Compaq等公司。90年代起是信息時(shí)代,代表性的產(chǎn)品是個(gè)人通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備、數(shù)字化消費(fèi)類電子產(chǎn)品,主要生產(chǎn)廠商目前尚難確定,處于戰(zhàn)國七雄爭霸時(shí)代,主要獲勝的戰(zhàn)略之一是以DSP為核心的技術(shù)及其創(chuàng)新產(chǎn)品。
DSP可以代表數(shù)字信號處理技術(shù),也可以代表數(shù)字信號處理器,其實(shí)兩者是不可分割的,前者是理論上的技術(shù),要通過后者變成實(shí)際產(chǎn)品。兩者結(jié)合起來就成為解決某一實(shí)際問題和實(shí)現(xiàn)某一方案的手段——數(shù)字信號處理解決方案(DSPS)。
DSPS正在改變我們生活方式的各個(gè)方面,例如人們之間的聯(lián)系方式正由電話轉(zhuǎn)向個(gè)人通信方式。人類從電話發(fā)明到5千萬電話用戶數(shù)花了70年時(shí)間,模擬蜂窩電話達(dá)到5千萬用戶花了14年,而數(shù)字蜂窩電話(GSM是其中之一)只花了5年就達(dá)到相同的用戶數(shù)。
再如我們的娛樂方式,VCD、DVD正替代VHS錄像機(jī),數(shù)字電視機(jī)開始替代模擬的NTSC或PAL制電視機(jī)。家庭影院主要由數(shù)字化A/V設(shè)備組成,DSP不僅給你環(huán)繞聲,還為你虛擬各種現(xiàn)場效果。
DSP日益進(jìn)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(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)量下降的情況下,唯有DSP芯片保持高速增長的勢頭。
DSP的發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)是CPU速度的急速增快和價(jià)格的持續(xù)下降,使DSP制造商面臨兩種選擇,一種是加快DSP的發(fā)展,另一種是退出競爭??磥碇饕腄SP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(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)性調(diào)整的基礎(chǔ)上,以多元化投資轉(zhuǎn)到單一化投資,確立以DSPS為主要發(fā)展的產(chǎn)品,即集所有技術(shù)、所有產(chǎn)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(chǔ)上發(fā)展了三種新的DSP系列,它們是:TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000系列,成為當(dāng)前和未來相當(dāng)長時(shí)期內(nèi)TI DSP的主流產(chǎn)品,前面提到的那些老型號產(chǎn)品均將被這三種新系列產(chǎn)品替代。從今年開始,’C1X、’C25、C5X、C8X的價(jià)格每年都會上調(diào),今年提升了10。而’C2000、’C5000和’C6000三種新系列芯片的價(jià)格會逐年作較大幅度的下調(diào),因此無論從價(jià)格還是技術(shù)支持或是從產(chǎn)品開發(fā)的連續(xù)性出發(fā),建議大家盡量采用新的DSP系列,在進(jìn)行教學(xué)、培訓(xùn)時(shí)也應(yīng)介紹這三種新的系列。