單片機與DSP簡單比較

自從2000年MCU和DSP完全分家,大家對DSP的認(rèn)識多為"將部分程序固化從而實現(xiàn)更快處理速度的MCU"，但這個解釋總是有點牽強人意。再加上目前流傳著這樣的一種說法：DSP取代單片機的技術(shù)和價格的市場條件已經(jīng)成熟，大規(guī)模推廣指日可待。真的是這樣的嗎？筆者不敢茍同。單片機和DSP各有所長，AVR90單片機是125納秒一個周期（也是哈弗結(jié)構(gòu)），其內(nèi)部有SPI、UART等，如果用來作控制、數(shù)據(jù)采集，只要速度要求不是太高，那么都可以用它，而且用它比用DSP方便。但是如果你的工程中有比較多的算法，特別是信號處理算法，那么用DSP就對了，此時單片機是不能勝任的。

1、單片機的簡介

所謂單片機就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時鐘、定時/計數(shù)器、多種功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。單片機一般具有如下主要特點：

（1）適合實時控制和操作任務(wù)

（2）可預(yù)測的執(zhí)行周期

（3）擅長中斷處理，特別是外部異步事件

（4）比較多的I/O功能

（5）程序較大

（6）豐富的片上外設(shè)

單片機的開發(fā)環(huán)境完備，開發(fā)工具齊全，應(yīng)用資料眾多。后備人才充足。國內(nèi)大多數(shù)高校都開設(shè)了單片機課程和單片機實驗。

２、DSP的簡介

DSP（digitalsingnalprocessor）是一種獨特的微處理器，有自己的完整指令系統(tǒng)，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。一個數(shù)字信號處理器在一塊不大的芯片內(nèi)包括有控制單元、運算單元、各種寄存器以及一定數(shù)量的存儲單元等等，在其外圍還可以連接若干存儲器，并可以與一定數(shù)量的外部設(shè)備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個微型計算機。DSP采用的是哈佛設(shè)計，即數(shù)據(jù)總線和地址總線分開，使程序和數(shù)據(jù)分別存儲在兩個分開的空間，允許取指令和執(zhí)行指令完全重疊。也就是說在執(zhí)行上一條指令的同時就可取出下一條指令，并進(jìn)行譯碼，這大大的提高了微處理器的速度。另外還允許在程序空間和數(shù)據(jù)空間之間進(jìn)行傳輸，因為增加了器件的靈活性。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進(jìn)行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。由于它運算能力很強，速度很快，體積很小，而且采用軟件編程具有高度的靈活性，因此為從事各種復(fù)雜的應(yīng)用提供了一條有效途徑。

根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：

（1）在一個指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法；

（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；

（3）片內(nèi)具有快速RAM，通常可通過獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；

（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持；

（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持；

（6）具有在單周期內(nèi)操作的多個硬件地址產(chǎn)生器；

（7）可以并行執(zhí)行多個操作；

（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

3、單片機與DSP的比較

目前看來，單片機比DSP應(yīng)用范圍更廣，但是DSP比單片機功能更強大。單片機一般用于要求低的場合，如4/8位的單片機。DSP適合于要求較高的場合，DSP主要面向數(shù)字信號處理設(shè)計，而單片機主要面向系統(tǒng)控制應(yīng)用設(shè)計。DSP是單片機的一個分支。它有專門的FFT算法需要的特殊指令，流水線指令處理。能以較高的速度進(jìn)行運算。與單片機相比，DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲器，內(nèi)置有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。有的片內(nèi)集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。DSP器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強的多級流水線，使DSP器件具有高速的數(shù)據(jù)運算能力。DSP器件比16位單片機單指令執(zhí)行時間快8～10倍，完成一次乘加運算快16～30倍。DSP器件還提供了高度專業(yè)化的指令集，提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先進(jìn)的開發(fā)手段，批量生產(chǎn)測試更方便，開發(fā)工具可實現(xiàn)全空間透明仿真，不占用用戶任何資源。軟件配有匯編/鏈接C編譯器、C源碼調(diào)試器。下面是單片機與DSP的比較圖。

４、結(jié)論

雖然DSP功能確實很強大，但是一個產(chǎn)品的設(shè)計要考慮，在滿足需求的情況下它的性價比。如果你作一個遙控器，選用DSP就沒優(yōu)勢了。因為很多其他的用于遙控的單片機比他更適合用來作遙控器。單片機長于控制場合應(yīng)用，DSP長于信號分析運算，本身針對了不同的需求，應(yīng)該不存在互相替代的問題。不過目前這兩者特點互相融合的趨勢倒是越來越明顯，這也將是單片機與DSP的發(fā)展趨勢。在過去的幾十年里，單片機的廣泛應(yīng)用實現(xiàn)了簡單的智能控制功能。隨著信息化的進(jìn)程和
計算機科學(xué)與技術(shù)、信號處理理論與方法等的迅速發(fā)展，需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，對實
時性和精度的要求越來越高，在某些領(lǐng)域，低檔單片機已不再能滿足要求。
近年來，各種集成化的單片DSP的性能得到很大改善，軟件和開發(fā)工具也越來越多，越來
越好；價格卻大幅度下滑，從而使得DSP器件及技術(shù)更容易使用，價格也能夠為廣大用戶接
受；越來越多的單片機用戶開始考慮選用DSP器件來提高產(chǎn)品性能，DSP器件取代高檔單片機
的可能性越來越大。
本文將從性能、價格等方面對單片機和DSP器件進(jìn)行比較，在此基礎(chǔ)上，以TI的MS320C2XX
系列DSP器件為例，探討DSP器件取代高檔單片機的可行性。

DSP器件與單片機的比較
1.單片機的特點
所謂單片機就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時鐘、定時/計數(shù)
器、多種功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的
還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起來說，單片機具有如下特點：
具有位處理能力，強調(diào)控制和事務(wù)處理功能。價格低廉。如低檔單片機價格只有人民幣幾元
錢。開發(fā)環(huán)境完備，開發(fā)工具齊全，應(yīng)用資料眾多。后備人才充足。國內(nèi)大多數(shù)高校都開設(shè)
了單片機課程和單片機實驗。
2.DSP器件的特點
與單片機相比，DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲器，內(nèi)置
有波特率發(fā)生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標(biāo)準(zhǔn)異步串口。有的片內(nèi)集成了A/D
和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。DSP器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的程序和數(shù)據(jù)
空間，允許同時存取程序和數(shù)據(jù)。內(nèi)置高速的硬件乘法器，增強的多級流水線，使DSP器件
具有高速的數(shù)據(jù)運算能力。DSP器件比16位單片機單指令執(zhí)行時間快8～10倍，完成一次乘加
運算快16～30倍。DSP器件還提供了高度專業(yè)化的指令集，提高了FFT快速傅里葉變換和濾波
器的運算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先進(jìn)的開發(fā)手段，批量生產(chǎn)測試更方
便，開發(fā)工具可實現(xiàn)全空間透明仿真，不占用用戶任何資源。軟件配有匯編/鏈接C編譯器、
C源碼調(diào)試器。
目前國內(nèi)推廣應(yīng)用最為廣泛的DSP器件是美國德州儀器(TI)公司生產(chǎn)的TMS320系列。DSP開發(fā)
系統(tǒng)的國產(chǎn)化工作已經(jīng)完成，國產(chǎn)開發(fā)系統(tǒng)的價格至少比進(jìn)口價格低一半，有的如
TMS320C2XX開發(fā)系統(tǒng)只有進(jìn)口開發(fā)系統(tǒng)價格的1/5，這大大刺激了DSP器件的應(yīng)用。目前，已
有不少高校計劃建立DSP實驗室，TI公司和北京聞亭公司都已制訂了高校支持計劃，將帶動
國內(nèi)DSP器件的應(yīng)用和推廣。
3.DSP器件大規(guī)模推廣指日可待？
通過上述比較，我們可得出結(jié)論：DSP器件是一種具有高速運算能力的單片機。從應(yīng)用角度
看：DSP器件是運算密集型的，而單片機是事務(wù)密集型的，DSP器件可以取代單片機，單片機
卻不能取代DSP。DSP器件價格大幅度下滑，直逼單片機？DSP器件廣泛使用了JTAG硬件仿
真，比單片機更易于硬件調(diào)試。國產(chǎn)化的DSP開發(fā)系統(tǒng)為更多用戶采用DSP器件提供了可能
性。DSP取代單片機的技術(shù)和價格的市場條件已經(jīng)成熟？大規(guī)模推廣指日可待？（現(xiàn)在吹牛
的人真是一點草稿都不打。不過DSP確實功能夠強大。）

結(jié)論:使用單片機的不一定了解DSP，并且非要用DSP不可;但使用DSP的一定了解單片機，并
且能做出性價比高的產(chǎn)品。

附:
DSP器件的典型應(yīng)用
隨著DSP性能不斷改善，用DSP器件來作實時處理已成為當(dāng)今和未來技術(shù)發(fā)展的一個新熱點。
TI公司最新推出的TMS320C2XX系列具有良好的性能價格比，基本可以取代16位單片機。其中
TMS320C203單片價格不到人民幣100元，芯片內(nèi)置544字的高速SRAM。外部可尋址64K字程序/
數(shù)據(jù)及I/O，指令周期在25ns～50ns之間，實時性處理比16位單片機快2倍以上，可取代一般
的單片機。

TMS320F206除了具有TMS320C203的功能外，內(nèi)置32K字零等待快閃存儲器，可滿足單片設(shè)計
的要求，能最大限度減少用戶板的體積。TMS320F240的指令、DSP核與TMS320C203、F206完
全兼容，內(nèi)置8K/16K字快閃存儲器，增加了兩路10位A/D，每路采樣頻率可達(dá)166kHz，提供9
路獨立的PWM輸出，內(nèi)置SCI和SPI接口，內(nèi)置CAN總線接口。這些大大增強了TMS320X240的處
理能力，在電機控制領(lǐng)域顯示了強大的生命力。它是一個典型的TMS320F240的用戶系統(tǒng)，它
實現(xiàn)如下功能：
3相PWM輸出/3相電流測量/按鍵控制、液晶顯示/RS232通信,A/D、D/A接口,62K字零等待
SRAM,擴展的輸入、輸出及雙向I/O口/JTAG接口