數(shù)字信號處理（DSP）IC在20世紀(jì)70年代早期的μP演化中已經(jīng)達(dá)到了相同的點(diǎn)，當(dāng)時(shí)8008已證明了8位通用μP的前景，但是8080尚未出現(xiàn)。德州儀器（TI）最近推出的DSP芯片標(biāo)志著DSP器件通用化的開始。

TI TMS320加入了三個(gè)更成熟的DSP芯片系列，由英特爾2920，美國微系統(tǒng)S2811和NEC 7720以及貝爾實(shí)驗(yàn)室，羅克韋爾國際，IBM和其他工廠開發(fā)的多個(gè)專用DSP單元組成。所有這些舊設(shè)備都在尋找它們的利基，而新芯片將不會過時(shí)。它們的專用架構(gòu)使其無法用于許多重要的DSP應(yīng)用，例如橫向濾波器。

相反，情況更多的是320是第一個(gè)可能真正廣泛使用的DSP設(shè)備。原因？ 320不僅僅是一個(gè)只能執(zhí)行DSP瑣事的專用設(shè)備;相反，它是一個(gè)通用的單芯片μC，它包含一個(gè)非常快速和強(qiáng)大的ALU和乘法器。它看起來像一個(gè)令人難以置信的“加強(qiáng)型”TMS1000：它具有2個(gè)控制器的單芯片“哈佛”架構(gòu)和雙極陣列處理器的數(shù)字運(yùn)算。

這種經(jīng)過驗(yàn)證的熟悉的1芯片μC架構(gòu)與快速，強(qiáng)大的數(shù)字運(yùn)算能力相結(jié)合，可能正是將大量OEM產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員引入DSP技術(shù)所需要的。反過來，這種發(fā)展可能會激發(fā)降低320價(jià)格所需的大量使用。因此，320可能是第一款實(shí)現(xiàn)低10美元價(jià)格的VLSI設(shè)備，使設(shè)計(jì)人員能夠進(jìn)入激動(dòng)人心的新應(yīng)用，在這些應(yīng)用中DSP技術(shù)可以產(chǎn)生個(gè)性化語音識別等理想的終端產(chǎn)品功能。

根據(jù)TI的說法，320可以用于語音處理，圖像處理，頻譜分析，相關(guān)，數(shù)字濾波和高速調(diào)制解調(diào)器等應(yīng)用。它也可以成為經(jīng)濟(jì)但優(yōu)越的機(jī)器人的基礎(chǔ)。

在最后一個(gè)應(yīng)用程序中，設(shè)備高速執(zhí)行DSP算法的能力可以在高性能機(jī)器人中重要的幾個(gè)任務(wù)之間共享：用于接受口頭命令的語音識別，用雷達(dá)或聲納檢測物體的信號分析和機(jī)器人執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)的數(shù)字伺服回路計(jì)算。一個(gè)320具有速度和可擴(kuò)展內(nèi)存來執(zhí)行所有這些任務(wù)，其中許多同時(shí)執(zhí)行。該器件也是第一款具有中斷功能的面向DSP的芯片。它可以使用其通用μP功能在后臺模式下執(zhí)行各種管理任務(wù)，然后在中斷時(shí)可以處理前臺中的時(shí)間關(guān)鍵DSP任務(wù)。

因此，320應(yīng)該允許設(shè)計(jì)師幫助解決設(shè)計(jì)家庭輔助家用機(jī)器人的科幻問題。你還可以設(shè)想一個(gè)320左右的玩具娃娃，它可以口頭相互作用并產(chǎn)生各種逼真的話語和動(dòng)作。只有具有320功能的1芯片μC才能使這些產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)上可行。

320只是新一代的第一個(gè)。例如，美國國家半導(dǎo)體公司和通用儀器公司都表示，他們正致力于在1983年或1984年推出下一代DSP設(shè)備.National稱其DSP設(shè)備正在等待1-μm處理的改進(jìn); GI計(jì)劃使用其硅柵CMOS工藝實(shí)現(xiàn)不到100納秒的周期時(shí)間。

目前，320是唯一可用的新一代產(chǎn)品。它與滿足通用DSP使用的基本要求有多接近？

去年， EDN 發(fā)布了11個(gè)理想的DSP芯片功能列表，由顧問Richard Blasco（設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員）組裝對于第一個(gè)DSP芯片，AMI 2811）。 320包含了大部分功能（參見“TMS320評級”框）。關(guān)于通用用途特別感興趣的是它的可寫控制存儲，嵌套子程序，擴(kuò)展ALU和自仿真。

實(shí)際上，320所沒有的唯一功能是TI聲稱的功能仍然超出了VLSI技術(shù)（硬件浮點(diǎn)功能）的狀態(tài)，或者那些會使器件對DSP過于狹窄的功能。 （后一種類型的一個(gè)例子是硬件，它允許320像2811一樣緊密有效地執(zhí)行橫向?yàn)V波器抽頭。）

請注意，大多數(shù)這些理想的功能都是您期望在任何最先進(jìn)的16/32位μP中找到的功能。那么，320如何能夠像普通的μC一樣，在實(shí)時(shí)DSP使用中必不可少的數(shù)字運(yùn)算速度快幾個(gè)數(shù)量級呢？

答案在于芯片面積用于器件的大型32位ALU（包括0到16位移位器）和乘法器，它在一個(gè)200中執(zhí)行16×16 = 32位有符號乘法nsec周期（參見方框“DSP芯片是什么？”）。

320應(yīng)該被廣泛使用的一個(gè)原因是程序員 - 甚至絕大多數(shù)對DSP的復(fù)雜理論世界一無所知 - 都可以立即開始使用它。例如，使用Intel 8048（可能是世界上使用最廣泛的1芯片μC）的大型程序員應(yīng)該會發(fā)現(xiàn)320非常熟悉，就像8048的16位版本一樣。只有大約6個(gè)320的57條指令與DSP的使用有關(guān)，任何正在進(jìn)行DSP工作的程序員很快就會了解它們的價(jià)值。

對于所有DSP算法至關(guān)重要的緊密，實(shí)時(shí)，產(chǎn)品總和操作，兩條指令至關(guān)重要。第一個(gè)是LDT完成大部分工作，在一個(gè)200納秒周期內(nèi)執(zhí)行三個(gè)操作：它預(yù)加載乘法器的T寄存器，累加前一個(gè)操作中產(chǎn)生的總和，并將讀取的數(shù)據(jù)移到下一個(gè)RAM位置。最后一個(gè)操作植入Z - 1 移位，這在數(shù)值實(shí)現(xiàn)微分方程時(shí)總是需要（即，在進(jìn)行DSP計(jì)算時(shí)）。然后，MPY指令將剛裝入T寄存器的操作數(shù)乘以數(shù)據(jù)RAM中尋址的第二個(gè)操作數(shù)。

第二個(gè)關(guān)鍵的320指令是SOVM-Set溢出模式。此命令導(dǎo)致ALU中的任何溢出產(chǎn)生飽和數(shù)據(jù)值，而不是翻轉(zhuǎn)符號位并導(dǎo)致最壞情況 - 突然將數(shù)據(jù)更改為相反極性。

為了配合SOVM，320提供了BV（溢出分支），程序員可以使用它來糾正溢出。 TI表示通常程序員會依賴320的溢出鎖存來捕獲并保持溢出的發(fā)生;在完成計(jì)算之后，程序員將使用BV來檢查是否發(fā)生了溢出。如果是這樣，程序員可能會選擇縮小數(shù)據(jù)（可能在移位器中）并重做計(jì)算。

由于其200納秒的快速周期，320通常表現(xiàn)出比舊的DSP芯片更好的基準(zhǔn) - 但并非總是如此。例如，NEC 7720在0.25微秒內(nèi)執(zhí)行橫向?yàn)V波器抽頭，而AMI 2811在0.3微秒內(nèi)執(zhí)行一個(gè)橫向?yàn)V波器抽頭。另一方面，320需要0.4微秒。原因？ 7720和2811具有更寬的指令字（分別為23和17位），這允許它們在一個(gè)周期內(nèi)同時(shí)尋址兩個(gè)操作數(shù)以進(jìn)行乘法運(yùn)算。 320使用較短的16位指令字（以容納標(biāo)準(zhǔn)外部存儲器），只能尋址其中一個(gè)操作數(shù)，因此需要一個(gè)額外的周期來將乘法器的T寄存器與另一個(gè)操作數(shù)預(yù)加載。

然而，320的基準(zhǔn)測試等級或優(yōu)于二階雙二階濾波器上的NEC和AMI部分。它真正閃耀的地方是FFT，特別是如果你使用強(qiáng)力直線代碼而不是軟件循環(huán)。 320可在272微秒內(nèi)執(zhí)行32點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT，而7720則為700微秒，2811為400微秒。

320的大型可擴(kuò)展程序存儲器顯然有助于此類應(yīng)用。它可以使用這個(gè)更大的片上數(shù)據(jù)RAM在芯片上執(zhí)行更大的FFT（對于7720，64點(diǎn)復(fù)數(shù)與32點(diǎn)復(fù)數(shù)相比）。通過從片外表（在程序存儲空間中）中引入FFT數(shù)據(jù)塊，它還可以執(zhí)行更大的FFT - 例如，在62毫秒內(nèi)進(jìn)行1024點(diǎn)計(jì)算。 （注意2811s可以并行進(jìn)行多達(dá)512個(gè)點(diǎn)的FFT而不會降低速度。）

TI還警告不要僅僅在DSP代碼段方面將320與其他DSP芯片進(jìn)行比較。該公司稱，一個(gè)適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)將包括DSP和非DSP程序段的混合。 TI聲稱，由于其類似μP的架構(gòu)，320將在這種混合物上表現(xiàn)更好。

320應(yīng)該要求比舊款DSP芯片小得多的前期投資。其自我仿真功能將使TI能夠以約500美元的價(jià)格提供單板評估模塊。該電路板預(yù)計(jì)將包含32010版本的320，其片上程序ROM中包含一個(gè)小型調(diào)試監(jiān)視器，以及TI 9995 16/8位μP。具有A/D和D/A功能的第二塊電路板價(jià)格也在500美元左右，正計(jì)劃允許DSP用戶連接模擬信號。

320應(yīng)用程序?qū)脑u估板上的RAM運(yùn)行，320處于外部存儲器模式。 9995將監(jiān)視320的斷點(diǎn)地址線，當(dāng)它們出現(xiàn)時(shí)，它將在320的中斷引腳上放置一個(gè)特殊的10V自仿真中斷信號。結(jié)果，320將從片上調(diào)試監(jiān)視器開始執(zhí)行，轉(zhuǎn)出所有內(nèi)部RAM和其他寄存器，以便為用戶提供調(diào)試信息。

TI正在為PASCAL中的320編寫交叉匯編程序（和其他軟件工具），以便在99000μPs和VAX小型機(jī)上運(yùn)行。所有這些硬件和軟件支持應(yīng)該在今年晚些時(shí)候或明年初提供。

作為第一代產(chǎn)品，320展示了DSP設(shè)備的未來發(fā)展預(yù)期，主要是更多的內(nèi)存和更高的速度。經(jīng)驗(yàn)豐富的DSP用戶正在要求這兩項(xiàng)改進(jìn)。

記憶和速度齊頭并進(jìn);當(dāng)你有更多的內(nèi)存時(shí)，你可以在每個(gè)采樣時(shí)間內(nèi)完成更復(fù)雜的DSP算法 - 這個(gè)過程需要更高的速度。相反，如果你有更快的速度。相反，如果速度更快，則需要更多內(nèi)存才能充分利用它。

隨著VLSI制造進(jìn)度的允許，320已經(jīng)規(guī)劃好了可以擴(kuò)展的架構(gòu)。目前的12位程序計(jì)數(shù)器將初始程序存儲空間限制為4k，但正如指令集所示，控制分支位字段將允許擴(kuò)展到24位或16M字。在320的情況下，這種擴(kuò)展功能對于處理語音識別和生成所需的大表將非常方便。

320的當(dāng)前片上數(shù)據(jù)RAM僅存儲144個(gè)字 - 一個(gè)整頁加上另一個(gè)16個(gè)字。但是，片上數(shù)據(jù)地址指針是16位寬，因此最終可以處理多達(dá)64k字的片上數(shù)據(jù)。

如果您認(rèn)為目前可用的320芯片采用3-μm設(shè)計(jì)規(guī)則制造，并且TI和其他公司預(yù)計(jì)在20世紀(jì)80年代將超過1-μm規(guī)則，您可以預(yù)測它將持續(xù)多長時(shí)間在VLSI進(jìn)展之前允許完全實(shí)現(xiàn)320架構(gòu)。 （請記住，內(nèi)存容量會隨著設(shè)計(jì)規(guī)則維度的平方而增加。）預(yù)計(jì)處理器的改進(jìn)也會提高320（和經(jīng)濟(jì)性）。具體而言，TI預(yù)計(jì)很快將實(shí)現(xiàn)芯片縮小，速度將提高25％ - 150納秒周期。

NMOS DSP芯片 - 無論是320還是舊設(shè)備 - 已經(jīng)達(dá)到了可以直接與雙極性位片和LSI系統(tǒng)競爭速度的程度。例如，320將能夠使用TRW和Monolithic Memories乘法器和算術(shù)單元匹配AMD 2900和29500設(shè)備和板。

此外，當(dāng)FFT足夠小時(shí)，320的FFT基準(zhǔn)與雙極器件的基準(zhǔn)測試基本相同，因此320可以完全在片內(nèi)RAM中執(zhí)行。目前，這意味著320對于64點(diǎn)復(fù)數(shù)FFT具有競爭力。由于VLSI的進(jìn)步允許320采用更大的片上數(shù)據(jù)RAM，因此它將能夠處理更大的FFT，并且與雙極器件相比，可能為大多數(shù)用戶提供顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

此外，由于320既可作為主機(jī)處理器，也可作為陣列處理器，其系統(tǒng)級速度和經(jīng)濟(jì)性可能遠(yuǎn)高于任何雙極板級方法。只有奇異的板級系統(tǒng)高性能器件，如羅克韋爾國防電子公司（加利福尼亞州阿納海姆）CMOS/SOS 70納秒16×16乘法器和（更重要的）1納秒GaAs器件仍將領(lǐng)先于NMOS DSP芯片

推斷320所示的趨勢，似乎可以安全地推測，在1990年之前，還應(yīng)該有一種趨勢，即在新的16/32位μP中加入適合執(zhí)行實(shí)時(shí)DSP任務(wù)的數(shù)字運(yùn)算能力。這些DSP增強(qiáng)功能可能首先以協(xié)處理器的形式出現(xiàn)，例如現(xiàn)在出現(xiàn)在浮點(diǎn)運(yùn)算中的協(xié)處理器。