按照傳統(tǒng)方式，嵌入式應(yīng)用中的數(shù)字信號(hào)處理器（ＤＳＰ）相對于主微控制器（ＭＣＵ）起從屬作用。在這些應(yīng)用中，ＭＣＵ用作系統(tǒng)控制器，而大量的數(shù)據(jù)處理留給ＤＳＰ。例如，在音頻或視頻處理應(yīng)用中有可能需要人機(jī)界面管理，或者是整個(gè)系統(tǒng)的控制。

設(shè)計(jì)方案選擇

為完成這些任務(wù)，有幾種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇。

第一種方案將ＤＳＰ和ＭＣＵ芯片組合在印制電路板（ＰＣＢ）上。這種方案成本高并且占用面積大，但是可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整每個(gè)芯片的尺寸以最大限度地滿足系統(tǒng)需要。

第二種方案是一種將ＤＳＰ和ＭＣＵ組合在單個(gè)封裝內(nèi)的多芯片模塊（ＭＣＭ）。這種方案的局限性是，設(shè)計(jì)工程師必須按“５０／５０”的時(shí)間比例分配給控制和ＤＳＰ功能；例如，一旦ＤＳＰ超出時(shí)間，ＭＣＵ將不能完成計(jì)算任務(wù)。像第一種方案選擇一樣，當(dāng)ＤＳＰ和ＭＣＵ內(nèi)核獨(dú)立存在時(shí)，需要兩套開發(fā)工具。

第三種方案是將ＤＳＰ功能合并到一個(gè)ＭＣＵ中。這種方案只適合于直接的信號(hào)處理應(yīng)用。ＭＣＵ的時(shí)鐘頻率和計(jì)算體系結(jié)構(gòu)根本上不太適合大量的數(shù)字處理。有些ＭＣＵ試圖通過增加一個(gè)乘法和累加器（ＭＡＣ）（ＤＳＰ的一個(gè)特點(diǎn)）來補(bǔ)償上述不足。但是這種方案仍然缺乏高級(jí)應(yīng)用所需要的基本的“由下至上　”的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)　。

最近，已經(jīng)出現(xiàn)第四種方案它是將ＭＣＵ的功能合并到一個(gè)ＤＳＰ中。這類方案的一個(gè)例子是美國模擬器件公司（Ａｎｏｌｏｇ?。模澹觯椋悖濉。桑睿悖?，簡稱ＡＤＩ）的Ｂｌａｃｋｆｉｎ？　處理器系列。這些新型處理器具有統(tǒng)一的經(jīng)過優(yōu)化的體系結(jié)構(gòu)，不僅適于數(shù)據(jù)計(jì)算，而且也適于有關(guān)的控制任務(wù)。通過平衡執(zhí)行控制任務(wù)與復(fù)雜計(jì)算的要求，這種方案可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理的需要，完成１００％的控制或者１００％的計(jì)算任務(wù)。完成所有這一切任務(wù)不需要在ＤＳＰ模式和ＭＣＵ模式之間的模式轉(zhuǎn)換。

（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ?。铮妗。纾颍幔穑瑁椋悖螅?

Ｓｙｓｔｅｍ?。茫铮睿簦颍铮臁。拢欤铮悖耄螅较到y(tǒng)控制單元

Ｅｍｕｌａｔｏｒ?。Α。裕澹螅簟。茫铮睿簦颍铮欤椒抡嫫骱蜏y試控制

Ｖｏｌｔａｇｅ?。遥澹纾酰欤幔簦椋铮睿椒€(wěn)壓電源

Ｅｖｅｎｔ?。茫铮睿簦颍铮欤欤澹颍绞录刂破?

Ｃｌｏｃｋ（ＰＬＬ）＝時(shí)鐘

鎖相環(huán)（ＰＬＬ）

Ｍｅｍｏｒｙ　ＤＭＡ＝存儲(chǔ)器

直接存儲(chǔ)器存?。ǎ模停粒?

Ｗａｔｃｈｄｏｇ?。裕椋恚澹颍奖O(jiān)視定時(shí)器

Ｒｅａｌ?。裕椋恚濉。茫欤铮悖耄綄?shí)時(shí)時(shí)鐘

Ｃｏｒｅ＝內(nèi)核

４８?。耍隆。桑睿螅簦颍酰悖簦椋铮睢。樱遥粒停茫幔悖瑁澹剑矗浮。耍轮噶?

靜態(tài)存儲(chǔ)器（ＳＲＡＭ）

和高速緩存

３２?。耍隆。桑睿螅簦颍酰悖簦椋铮睢。遥希停剑常病。耍轮噶?

只讀存儲(chǔ)器（ＲＯＭ）

３２?。耍隆。模幔簦帷。樱遥粒停茫幔悖瑁澹剑常病。耍聰?shù)據(jù)

靜態(tài)存儲(chǔ)器（ＳＲＡＭ）

和高速緩存

４?。耍隆。樱悖颍幔簦悖瑁穑幔洹。遥粒停剑础。耍?

高速暫存

隨機(jī)存儲(chǔ)器（ＲＡＭ）

Ｓｙｓｔｅｍ?。桑睿簦澹颍妫幔悖濉。眨睿椋簦较到y(tǒng)接口單元

Ｅｘｔｅｒｎａｌ?。停澹恚铮颍。桑睿簦澹颍妫幔悖澹酵獠看鎯?chǔ)器接口

Ｈｉｇｈ?。樱穑澹澹洹。桑希礁咚伲桑隙丝?

Ｐａｒａｌｌｅｌ?。校澹颍椋穑瑁澹颍幔臁。桑睿簦澹颍妫幔悖澹牵校桑希讲⑿型鈬涌冢ǎ校校桑?

和通用輸入輸出接口（ＧＰＩＯ）

ＵＡＲＴ＝通用異步收發(fā)器

ＳＰＩ＝串行外圍接口（ＳＰＩ）

Ｈｉ－ｓｐｅｅｄ?。樱澹颍椋幔臁。校铮颍簦螅礁咚俅卸丝?

ＰＣＩ／ＵＳＢ＝可編程通信接口（ＰＣＩ）和通用串行總線（ＵＳＢ）

Ｔｉｍｅｒｓ?。埃保玻蕉〞r(shí)器０，１，２

Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ?。拢欤铮悖耄螅酵鈬O(shè)備單元

一類新型的ＤＳＰ也提供一套ＲＩＳＣ指令系統(tǒng)集、存儲(chǔ)器管理單元、事件控制器和多種外設(shè)以便在一顆單芯片內(nèi)提供大量計(jì)算和高效系統(tǒng)控制功能。

ＤＳＰ與ＭＣＵ比較

首先讓我們回顧一下ＤＳＰ和ＭＣＵ的典型功能。ＤＳＰ主要是在一單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)盡可能完成多個(gè)ＭＡＣ（乘法和累加）操作。為了這一點(diǎn)，指令的操作代碼通常是可變的超長的指令字（ＶＬＩＷ）。ＤＳＰ也適于工作在緊密、高效的環(huán)路中。另外，為了達(dá)到性能指標(biāo)通常需要編寫優(yōu)化的匯編代碼。由于ＤＳＰ的算法程序一般裝在小容量、短等待時(shí)間的內(nèi)置存儲(chǔ)器中，所以代碼密度通常不是大問題。

像ＤＳＰ主要用于完成計(jì)算一樣，ＭＣＵ主要用于完成控制功能。同樣地，典型的ＭＣＵ應(yīng)用包括許多條件操作，在程序流程中頻繁地跳轉(zhuǎn)。通常使用Ｃ或者Ｃ＋＋語言編寫程序。代碼密度極為重要，并且根據(jù)編譯代碼的長度來評估算法。存儲(chǔ)器系統(tǒng)是基于高速緩存從而允許該系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師用較長等待時(shí)間從較大的存儲(chǔ)器中調(diào)用較大程序。利用基于高速緩存系統(tǒng)，程序員不需要考慮如何以及何時(shí)將指令輸入到內(nèi)核去執(zhí)行。

統(tǒng)一的ＤＳＰ和ＭＣＵ兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)點(diǎn)。它的指令集由１６　ｂｉｔ，３２　ｂｉｔ和６４?。猓椋舨僮鞔a組成，但是由于最常用的指令采用１６?。猓椋艟幋a，所以編譯代碼密度大小與那些流行的ＭＣＵ相同。另外，它包括一個(gè)存儲(chǔ)器保護(hù)功能以及指令高速緩存和數(shù)據(jù)高速緩存，作為整個(gè)存儲(chǔ)器管理單元（ＭＭＵ）的一部分。此外，容易提供一套完整的Ｃ／Ｃ＋＋開發(fā)工具，提供可選匯編語言或者全部匯編語言適合算法優(yōu)化的編程。

支持ＲＴＯＳ

系統(tǒng)控制的一個(gè)重要方面是任務(wù)管理。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ＲＴＯＳ）逐漸地用于控制復(fù)雜系統(tǒng)中多種正在進(jìn)行的和同時(shí)發(fā)生的任務(wù)。通過提供對任務(wù)調(diào)度與管理的支持，ＲＴＯＳ簡化了編程模式，這通常是由ＭＣＵ控制的，由于普通的ＤＳＰ不具備支持ＲＴＯＳ需要的所有功能以便有效地控制。

然而，統(tǒng)一的ＤＳＰ和ＭＣＵ促進(jìn)了ＲＴＯＳ幾個(gè)重要功能的發(fā)展。第一個(gè)是限制訪問功能以保護(hù)或者保留存儲(chǔ)單元。第二個(gè)是配備單獨(dú)的堆棧和幀指針以減少操作系統(tǒng)（ＯＳ）請求以及中斷和異常處理所需的等待時(shí)間。第三個(gè)是具備單獨(dú)的用戶操作模式和管理員操作模式。過去，ＤＳＰ按照等效于管理員操作模式工作，從而允許在任何時(shí)間完全訪問所有的系統(tǒng)資源。然而ＭＣＵ提供類似的在用戶操作模式，它允許在ＯＳ的頂層運(yùn)行應(yīng)用軟件?，F(xiàn)在，在一個(gè)統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)下提供兩種操作模式，因?yàn)樵鰪?qiáng)的ＤＳＰ系統(tǒng)能夠限制用戶應(yīng)用軟件僅通過ＯＳ訪問系統(tǒng)資源。

外圍設(shè)備

ＭＣＵ的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是包含使用靈活和種類齊全的外圍設(shè)備。作為通用的嵌入式控制器，它們通常具備可編程輸入輸出（Ｉ／Ｏ）標(biāo)志、定時(shí)器、串行接口和日益增加越來越復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)接口。ＭＣＵ外圍設(shè)備的主要作用是嵌入式控制，而不是大量計(jì)算。例如，一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)可以喚醒一只溫度傳感器用以采集環(huán)境溫度并且將一個(gè)延遲的信息通過Ｉ／Ｏ引腳反饋到ＭＣＵ。然后，一個(gè)定時(shí)器的脈沖寬度調(diào)制（ＰＷＭ）輸出相應(yīng)地能夠增加或者減小風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

像ＭＣＵ一樣，統(tǒng)一的ＤＳＰ和ＭＣＵ具備一套系統(tǒng)控制外圍設(shè)備（例如，實(shí)時(shí)時(shí)鐘、多功能定時(shí)器、監(jiān)視定時(shí)器、雙向標(biāo)志位引腳）。然而，它還包括一些高速接口（例如，ＰＣＩ、異步或者同步存儲(chǔ)器控制器、ＵＳＢ、并行視頻接口）以便通過這些接口，與許多ＤＭＡ通道配合快速搬移數(shù)據(jù)，從而有助于有效利用高速ＤＳＰ內(nèi)核的信號(hào)處理能力。

電源管理

功耗控制一直是嵌入式控制器的一項(xiàng)功能。但是，當(dāng)系統(tǒng)要求ＤＳＰ具有優(yōu)良的性能時(shí)，對其電源的選擇就不太理想。如果將獨(dú)立的ＭＣＵ和ＤＳＰ芯片應(yīng)用于電源敏感的場合，通常必須為每個(gè)芯片提供一個(gè)單獨(dú)的開關(guān)穩(wěn)壓器，因?yàn)檫@兩個(gè)器件的內(nèi)核電壓經(jīng)常不一致。這會(huì)導(dǎo)致降低電源變換效率和增加設(shè)計(jì)器件的引腳數(shù)目，最終增加布線的復(fù)雜程度和解決方案的成本。此外，當(dāng)ＭＣＵ和ＤＳＰ的內(nèi)核集成到一個(gè)芯片上時(shí)，電源解決方案本質(zhì)上不是最佳的，因?yàn)樗仨殱M足２個(gè)完全獨(dú)立并具有不同負(fù)載特性處理器的需求。

將這種情況與統(tǒng)一的ＤＳＰ和ＭＣＵ相比較，它包含一個(gè)集成動(dòng)態(tài)電源管理（ＤＰＭ）控制器。由于它是只有一個(gè)處理器的體系結(jié)構(gòu)，所以該控制器能夠完全適合給定應(yīng)用的需求。它提供幾種固有的電源模式以支持多種系統(tǒng)性能等級(jí)。另外，對于未使用的時(shí)鐘和Ｌ２存儲(chǔ)器可選擇性地禁止。該ＰＬＬ的頻率可在一個(gè)寬范圍（通常１倍～３１倍）進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足在ＤＳＰ和ＭＣＵ內(nèi)部多層次的處理需求。最后能夠調(diào)節(jié)電壓（外部或者通過一個(gè)集成的開關(guān)控制器）以提供指數(shù)式的節(jié)省功耗。

由于系統(tǒng)成本、開發(fā)容易、器件采購和升級(jí)能力的原因，設(shè)計(jì)工程師正趨向采用一種單芯片解決方案用于嵌入式信號(hào)處理解決方案。這種單芯片解決方案必須能夠同樣好地完成ＤＳＰ和ＭＣＵ的功能，所以有必要提出一種統(tǒng)一的處理器體系結(jié)構(gòu)。面對ＭＣＵ的挑戰(zhàn)，比較簡單的解決方案是將ＭＣＵ的功能合并到一個(gè)高性能的ＤＳＰ內(nèi)核，而不是與此相反。當(dāng)今一個(gè)統(tǒng)一的ＤＳＰ和ＭＣＵ平臺(tái)（由Ｂｌａｃｋｆｉｎ？?。模樱邢盗挟a(chǎn)品說明）已經(jīng)投放市場，它將在ＭＣＵ和ＤＳＰ目前應(yīng)用領(lǐng)域提供許多應(yīng)用。