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　　DSP Microcontroller產(chǎn)品充分利用SoC技術(shù),擴(kuò)充集成有豐富的外圍功能,使用戶能以小型化且低成本的高性能微控制器芯片實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。本文試通過介紹DSP Microcontroller的發(fā)展經(jīng)緯、特點和最新進(jìn)展,說明這種新產(chǎn)品適用的應(yīng)用領(lǐng)域。

微控制器與DSP融合

　　半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家從1999年開始生產(chǎn)兼?zhèn)湮⒖刂破骱蛿?shù)字信號處理器性能的新型DSP Microcontrolle芯片,用于滿足接收/發(fā)送Internet電子郵件和互聯(lián)網(wǎng)瀏覽之類的信息處理,以及音頻/視頻信號處理應(yīng)用。當(dāng)時,各個芯片生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的DSP Microcontroller產(chǎn)品,大體上是采用以下三種不同的方法。

　　第一種以現(xiàn)行著名的MIPS體系結(jié)構(gòu)微控制器為基礎(chǔ),擴(kuò)充有DSP指令和運算器。例如,美國Lexra Inc.,日本NEC和美國Sand Craft Inc.的DSP Micorocontroller產(chǎn)品LX5280、VR5464和（SRI-GX）、都是在美國MIPS Technologies的MIPS體系結(jié)構(gòu)上進(jìn)行擴(kuò)充的芯片產(chǎn)品。

　　第二種方法是以現(xiàn)行的數(shù)字信號處理器DSP為基礎(chǔ),擴(kuò)充高速執(zhí)行信息處理程序的新功能而形成的產(chǎn)品。如像美國的Texas Instruments、Analog Devices、Lucent Technologies以及Motorola 等DSP芯片大制造商,分別推出的TMS320C6211、TigerSHARC、LX528和SC140等,都是采用第二種方法制造的。

　　第三種方法是為了開發(fā)融微控制器與數(shù)字信號處理器為一體的DSP Microcontroller,采用一種新開發(fā)的體系結(jié)構(gòu)。例如,三菱電機(jī)、Infineon Technologies AG和STMicroelectronics公司的 D30V、TriCore-1和ST100,都是采用新的體系結(jié)構(gòu)的DSP Microcontroller。

　　值得一提的是,除了MIPS體系結(jié)構(gòu)微控制器之外,日立的SH3型微控制器也是在世界上銷售比較多的芯片。日立公司也推出DSP Microcontroller新產(chǎn)品叫作SH3-DSP,它是在SH3微控制器的基礎(chǔ)上擴(kuò)充功能的產(chǎn)品。因此,SH3-DSP也是基于第一種方法制造的DSP Microcontroller產(chǎn)品。盡管從DSP Microcontroller的體系結(jié)構(gòu)上有三種之多,但就實現(xiàn)技術(shù)而論,重點在于解決數(shù)字信號處理過程中的16位數(shù)據(jù)“積和”運算速度問題（因為微控制器技術(shù)方面相對比較成熟）。針對這個關(guān)鍵性問題,普遍采用指令一級并行處理技術(shù),如像超標(biāo)量技術(shù)和甚長指令字技術(shù)VLIW（Very Long Instruction Word）。例如,采用新體系結(jié)構(gòu)和以DSP為基礎(chǔ)的DSP Microcontroller產(chǎn)品,幾乎都是應(yīng)用VLIW技術(shù);然而,以微控制器為基礎(chǔ)的DSP Micro-controller產(chǎn)品,如像以MIPS體系結(jié)構(gòu)的微控制器擴(kuò)充成為DSP Microcontroller時,許多芯片產(chǎn)品都是利用超標(biāo)量技術(shù);但是,也有少數(shù)例外的情況,如像日立的SH3-DSP和松下電器產(chǎn)業(yè)的AM33型DSP Microcontroller新產(chǎn)品都是利用VLIW技術(shù)。

　　早期的DSP Microcontroller芯片,它們?nèi)贒SP和微控制器為單一硅片,可以高速執(zhí)行DSP的信號處理程序,也能快速執(zhí)行微控制器的信息處理程序。DSP Microcon-troller新產(chǎn)品具備如下4大共同特點：

(1) 具備“積和”運算器,在1個時周期內(nèi)可把16位數(shù)據(jù)的積和運算結(jié)果寫入寄存器;

(2) 把存儲器里保存的數(shù)據(jù)向寄存器里傳送和執(zhí)行積和運算,能夠?qū)崿F(xiàn)并行處理;

(3) 通常DSP Microcontroller芯片都具備8個以的通用寄存器;

(4) 具備數(shù)MB到4GB的地址空間。

DSP Microcontroller最新產(chǎn)品舉例

　　DSP Microcontroller新產(chǎn)品自從1999年上市以來,時值網(wǎng)絡(luò)終端產(chǎn)品（如STB、IMT2000手機(jī)、多功能PDA以及掌上電腦等）暢銷、曾一顯身手。

最近,許多DSP Microcontroller生產(chǎn)廠家為適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備廠家的新需求,開始充分利用SoC技術(shù)擴(kuò)充芯片產(chǎn)品功能。例如,日立公司日前向市場上投放的SH7727芯片產(chǎn)品,它是SH3-DSP型DSP Microcontroller的后繼產(chǎn)品。

SH7727芯片具備如下特點：

　�。�1）能實現(xiàn)聲音和圖像中間軟件壓縮/解壓縮高速處理。因為它是利用SH3-DSP CUP機(jī)芯（Core）,當(dāng)時鐘頻率為160MHz時可實現(xiàn)208MIPS和320MOPS。它所能實現(xiàn)的聲音和圖像中間軟件處理內(nèi)容包括MP3（MPEG-1 Audio Layer3）、ADPCM（Adaptive Differential Pulse Code Modulation）、JPEG（Joint Photographic Experts Group）以及用于因特網(wǎng)電話（Internet Telephone）的VoIP通信協(xié)議處理等等。

　　（2）SH7727芯片內(nèi)置彩色LCD控制器,支持STN-LCD、DSTN-LCD和TFT-LCD板。存儲顯示圖像數(shù)據(jù)的存儲器采用統(tǒng)一存儲器訪問體系結(jié)構(gòu)UMAA（Unified Memory Access Architecture）,并且共享系統(tǒng)存儲器。例如,以640×480像素點分辨率可顯示出65536種彩色,還提供2.4KB行存儲器緩存,便于高速提供大量數(shù)據(jù)。

　　（3）內(nèi)置有USB1.1版本規(guī)范的USB主機(jī)控制器（Host Controller）和USB功能控制器（Function Controller）。Host Controller是按照開放主機(jī)控制器接口Open HCI(Open Host Controller Interface)規(guī)范設(shè)計的,允許以12Mbps的數(shù)據(jù)傳送速度支持等時、中斷、控制和大批量數(shù)據(jù)傳送。Function Controller安裝有USB Rev1.1規(guī)范的全速USB功能,支持控制I/O、中斷I/O、等時I/O和大批量（Bulk）I/O,并且備有發(fā)送/接收驅(qū)動器（可不必附加緩存）。

　�。�4）內(nèi)置各種外圍功能和特殊功能。SH7727芯片內(nèi)置的外圍功能包括：●存儲器管理部件MMU;●DMAC存儲器管理功能;●定時器X3通道;●實時時鐘;●A/D變換器X6通道;●D/A變換器X2通道;●PCMCIA控制器;●IrDA 1.0紅外線通信功能。特殊功能如像連接模擬前端AFE（Analog Front End）IC接口和音頻譯碼編碼器接口等。在該芯片上還具備調(diào)試功能（H-UDI.AUD）。

　　對于DSP Microcontroller產(chǎn)品進(jìn)行不斷改進(jìn)的廠家很多,如NEC為了推動網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備發(fā)展,開發(fā)出VR5464的后繼新產(chǎn)品VRC5477芯片,發(fā)展成VR5400系列的伴侶芯片。因此,NEC采用高性能/價格比的0.25μm CMOS工藝制造VRC5477芯片,它同VR5400系列微控制器之間通過內(nèi)部總線連接,通信時鐘頻率高達(dá)100MHz。該伴侶芯片由橋接功能塊、外圍宏功能塊和外圍功能塊構(gòu)成,通過內(nèi)部總線把各個功能塊結(jié)合起來;其橋接功能塊包括CPU接口、存儲器接口、PCI總線接口、本級總線接口和DMA控制器,統(tǒng)一由內(nèi)部總線連接;其外圍宏功能塊包括USB主機(jī)控制器（Host Controller）、USB功能控制器和AC97譯碼/編碼器接口,通過內(nèi)部PCI橋接電路與內(nèi)部總線溝通;其外圍功能塊包括通用輸入/輸出GPIO、通用定時器GPT、通用異步接收/發(fā)送器UART（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）和串行輸入/輸出SIO（Serial I/O）,通過外圍接口橋接電路與內(nèi)部總線連接。此外,內(nèi)部總線通過外部PCI橋接電路,構(gòu)成VR5432（CPU）芯片和VRC5477伴侶芯片的PCI總線。NEC公司對其DSP Microcontroller產(chǎn)品之所以進(jìn)行大幅度改進(jìn),旨在于適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)文化時代用戶需求,以便于更有效地構(gòu)筑數(shù)字化機(jī)頂盒（Digital Set Top Box）和汽車導(dǎo)航系統(tǒng)為首的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。

普及應(yīng)用

　　隨著網(wǎng)絡(luò)終端應(yīng)用的普及,日益需要形形色色的DSP Microcontroller芯片。像日立公司的SH7727型這樣的DSP Microcontroller單片產(chǎn)品集成有豐富的外圍功能,構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)終端時幾乎不需要外接更多的元器件。因此,該芯片應(yīng)用領(lǐng)域很寬廣,它可以用于手持PC的多功能打印機(jī)、無線LAN的終端、VoIP通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備、多功能電話、便攜式信息處理前端、數(shù)碼相機(jī)以及數(shù)字化視頻攝像系統(tǒng)等等。

　　NEC的DSP Microcontroller芯片因為開發(fā)出了協(xié)同工作的伴侶芯片VRC5477（亦稱μPD31577）,使之用于構(gòu)筑以DSTB和汽車導(dǎo)航系統(tǒng)為首的多媒體系統(tǒng)顯得非常方便。同時,NEC也看到用戶接口不斷更新?lián)Q代和信息基礎(chǔ)設(shè)施日益寬帶化,不得不重新設(shè)計和整備其DSP Micro-controller芯片產(chǎn)品。

　　通過整備后的NEC公司DSP Microcontroller 芯片新產(chǎn)品,確實為推廣普及應(yīng)用該類產(chǎn)品帶來很大方便。例如,NEC的DSP Microcontroller芯片VR5464以及微控制器VR5432等芯片都能同伴侶芯片VRC5477（即μPD31577）協(xié)同構(gòu)成多媒體系統(tǒng),VRC5477和VR5432構(gòu)成數(shù)字化機(jī)頂盒D-STB是典型應(yīng)用實例。當(dāng)VRC5477的CPU接口與VR5432相連接便構(gòu)成協(xié)同微處理器系統(tǒng),它的所有對外連接都是通過伴侶芯片VRC5477實現(xiàn)的。例如在D-STB設(shè)備里,VRC5477伴侶芯片的USB主機(jī)控制器有兩個端口分別連接鍵盤和鼠標(biāo)器;它的USB功能控制器端口,可連接PC機(jī);它的AC97鏈接端,能通過AC97譯碼/編碼器直接連接話筒和揚聲器;它的PCI總線連接著機(jī)頂盒的主要部件,包括調(diào)諧器、頻道譯碼器、偽隨機(jī)序列解碼器（Descrambler）、MPEG-2譯碼器、圖形部件、視頻編碼器和模擬式TV接收機(jī);PCI總線還允許連接IDE接口的硬磁盤驅(qū)動器和用于存儲接收的視頻/音頻信息。

　　NEC公司的VRC5477伴侶芯片不僅能高效率地構(gòu)筑D-STB,而且也能很方便地構(gòu)成汽車導(dǎo)航系統(tǒng)等多媒體系統(tǒng)。

小結(jié)

　　DSP Micrcontroller是以往微控制器和數(shù)字信號處理器的新發(fā)展,它的功能擴(kuò)充和可用性提高是該芯片類產(chǎn)品成熟的標(biāo)志。DSP Microcontroller芯片的成熟,必然極大地促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)終端產(chǎn)品的應(yīng)用普及。這是微控制器技術(shù)發(fā)展的新動身,值得注意。