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MCU、DSP、FPGA各自雄霸一方 并都呈现出高速的增长态势

MCU凭借其强大的控制功能,广泛地用于消费类电子、通信、汽车电子、工业等领域。有资料显示,MCU产品需求量每年不断增长,2008年全球MCU市场将增长到160亿美元。DSP则以其卓越的数据处理能力以及优秀的数据算法,成为数字信息时代的核心引擎。来自市场调研机构IC Insights的数据显示,2006年全球DSP市场将增长9%,达到85亿美元,2007年将以18%的速度增长,2008年则达27%。

MCU、DSP、FPGA各自雄霸一方 并都呈现出高速的增长态势

FPGA更是以其极大的灵活性、丰富的接口和优越的性能著称,利用FPGA可以实现任何数字器件的功能。据市场调研公司Gartner Dataquest预测,2010年FPGA和其他可编程逻辑器件(PLD)市场将从2005年的32亿美元增长到67亿美元。

MCU、DSP、FPGA各自雄霸一方,并都呈现出高速的增长态势。但各种消费类产品特别是便携式产品的功能逐渐由单一走向多元化,传统的单一半导体解决方案已经不能适应多媒体产品的需求,MCU、DSP、FPGA的发展受到了前所未有的挑战,呈现出多元化的发展势头。

趋势一:DSP、MCU走向融合

DSP一般采用哈佛架构,超长指令字架构等,数据存取和指令分开,内部运算单元多,有专门的硬件乘加结构,因此运算速度极高。其内部存储器(RAM和ROM)很大,并且可以扩展,外部接口丰富,配合流水线操作,特别适合进行大量数字信号的实时处理。而MCU数据存取和指令没有分开,运算速度较低,运算单元较少,且内部存储器不大。但MCU接口相当灵活,并集成了FLASH 、ADC、 DAC 、OSC 、SRAM 、PWM、 温度传感器、看门狗、总线、定时器/计时器、I/O、串行口等功能单元,因此非常适合于各种控制应用。

然而,随着系统需求的增加,在某些应用中,既要求系统具有良好的控制功能,又需要有高速的数据处理能力,因此,融合了DSP和MCU各自优点的混合处理架构无疑是一种良好的解决方案。DSP和MCU在实际应用有一个共通的地方,即,它们都是面向嵌入式系统的应用,或者是基于需要进行大量数据处理的实时系统,或者是需要实施许多控制功能的即时系统。这种实时性和多功能也为DSP与MCU的融合提供了很好的基础。因此,DSP/MCU融合的架构逐渐受到半导体厂商的青睐,TI、ADI、Microchip等纷纷推出了相关解决方案,力图在这一市场中抢占先机。

TI作 为全球DSP的领导厂商,推出了针对2.5G、3G无线应用的双核处理开架构OMAP平台,它集成了适合于加速应用的超低功耗DSP与适于控制的ARM925以及高级操作系统(OS)功能。OMAP平台的主处理器为OMAP1510,其双核结构的主要优势在于,由两个独立的器件来完 成应用处理任务。即,使用ARM925来处理控制代码,如用户界面、OS和高级应用,而DSP则用来实现多媒体、语音、安全性或其他功能,这两个内核之间采用专用的处理器内部通信机制相连接。 OMAP 平台为在便携式设备中 开发语音应用提供了解决方案。在用于便携式设备时,这种 DSP 和 MCU 结合的架构可以提供优异的性能和功耗优势。凭借优化的底层软件,DSP 能以低功耗方式执行信号处理任务,从而延长电池使用寿命,并可实现更小的产品体积,大大提高了产品应用性能。

TI(上海)有限公司DSP业务发展经理郑小龙指出,DSP具有实时高速运算的优势,其核心处理单元中具有适合于数字乘加处理的特殊结构,而“修正式哈佛结构”又提高了内存管理效率,而且还支持许多高速外围接口。MCU具有灵活高效控制的特色,特别是沿用“冯-纽曼结构”的16位机,全部存储器和外围模块都位于同一个地址空间,处理能力可以远超出智能化传感系统要求。TI的OMPA平台正是结合了二者的优势,目前,TI 已经与多家正在开发 ASR、TTS、DSR 和语者验证等在内的语音技术的主要第三方开发商展开合作,并且已经有多家公司采用了TI 的OMPA平台解决方案。

与TI不同的是,ADI推出的DSP/MCU混合解决方案——嵌入式处理器Blackfin系列,采用单核结构。Blackfin处理器基于ADI和Intel联合开发的微信号架构(MSA),将一个32位RISC型指令集和双16位乘法累加(MAC)信号处理功能,与通用型微控制器所具有的易用性组合在一起。Blackfin处理器包含一个10 级 RISC MCU/DSP 流水线和一个专为实现最佳代码密度而设计的混合 16/32 位指令集架构。这种处理特征的组合使Blackfin 处理器能在信号处理和控制处理应用中均能发挥出色作用。在许多场合中,它还免除了增设单独的MCU的需要,简化了硬件和软件设计和实现难度。对于一些需要同时采用高性能信号处理器和高效控制处理器的应用中,采用一个Blackfin 处理器就可以满足系统要求,缩减了开发时间并降低了成本。

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