DSP運(yùn)算的基本類型是乘法和累加(MAC)運(yùn)算,對(duì)于卷積、相關(guān)、濾波和FFT基本上都是這一類運(yùn)算。這樣的運(yùn)算可以用通用機(jī)來完成,但受到其成本和結(jié)構(gòu)的限制不可能有很高的實(shí)時(shí)處理能力。
DSP運(yùn)算的特點(diǎn)是尋址操作。數(shù)據(jù)尋址范圍大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜但很有規(guī)律。例如FFT運(yùn)算,它的蝶形運(yùn)算相關(guān)節(jié)點(diǎn)從相鄰兩點(diǎn)直至跨越N/2間隔的地址范圍,每次變更都很有規(guī)律,級(jí)間按一定規(guī)律排列,雖然要運(yùn)算log2N遍,但每級(jí)的地址都可以預(yù)測,也就是尋址操作很有規(guī)律而且可以預(yù)測。這就不同于一般的通用機(jī),在通用機(jī)中對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作,具有很大的隨機(jī)性,這種隨機(jī)尋址方式不是信號(hào)處理器的強(qiáng)項(xiàng)。
可以看出,無論是專用的DSP芯片或通用DSP芯片在結(jié)構(gòu)考慮上都能適應(yīng)DSP運(yùn)算的這些特點(diǎn)。而專用芯片在結(jié)構(gòu)上考慮的更加專業(yè)化,更為合理,因而有更高的運(yùn)算速度。DSP芯片按用途或構(gòu)成分類可以分為下列幾種類型:
(1)為不同算法而專門設(shè)計(jì)的專用芯片。例如,用于做卷積/相關(guān)并具有橫向?yàn)V波器結(jié)構(gòu):INMOS公司的A100、A110;HARRIS公司的HPS43168;PLESSY GEC公司的PDSP16256等。
(2)用于做FFT:Austek公司的A41102,PLESSY GEC公司的PDSP16150等。這些都是為做FIR、IIR、FFT運(yùn)算而設(shè)計(jì)的,因而運(yùn)算速度高,但是具有有限的可編程能力,靈活性差。
(3)為某種目的應(yīng)用的專門設(shè)計(jì)系統(tǒng),即ASIC系統(tǒng)。它只涉及一種或一種以上自然類型數(shù)據(jù)的處理,例如音頻、視頻、語音的壓縮和解壓,調(diào)制/解調(diào)器等。其內(nèi)部都是由基本DSP運(yùn)算單元構(gòu)建,包括FIR、IIR、FFT、DCT,以及卷積碼的編/解碼器及RS編/解碼器等。其特點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜而且密集,數(shù)據(jù)量、運(yùn)算量都很大。
(4)積木式結(jié)構(gòu):它是由乘法器、存儲(chǔ)器、控制電路等單元邏輯電路搭接而成,這種結(jié)構(gòu)方式也稱為硬連線邏輯電路。它是一種早期實(shí)現(xiàn)方法,具有成本低、速度高等特點(diǎn),由于是硬連接因而沒有可編程能力。目前主要用于接收機(jī)的前端某些高頻操作中。
(5)用FPGA(現(xiàn)場可編程陳列)實(shí)現(xiàn)DSP的各種功能。實(shí)質(zhì)上這也是一種硬連接邏輯電路,但由于有現(xiàn)場可編程能力,允許根據(jù)需要迅速重新組合基礎(chǔ)邏輯來滿足使用要求,因而更加靈活,而且比通用DSP芯片具有更高的速度。一些公司,如Xinlinx、Altera也正把FPGA產(chǎn)品擴(kuò)展到DSP應(yīng)用中去。