嵌入式应用中的数字信号处理器IC选项

嵌入式基板上的数字信号处理器IC。

如果没有数字信号处理器IC，您的电话对话、流媒体视频、流媒体音乐、智能手机相机等都无法按设计运行。在许多较新的系统中，运行重要数字信号处理任务的算法正在集成到SoCs中，作为嵌入式操作系统实例上的软件运行，或者简单地卸载到云端（例如，在云连接的嵌入式系统中）。这些任务需要在硬件级别、软件级别或两者上定义，组件选择将决定计算时间和结果的准确性。

数字信号处理器IC与FPGA的比较

像5G和边缘计算这样的应用领域正在从FPGA转向定制SoCs和专用数字信号处理器IC组件，以获取处理能力。这个市场的增长已经预计将以与FPGA市场类似的速度增长，这归功于编程的便利性、更大的专业化，以及对并行化的需求较少。由于市场格局和设备要求的变化，将数字信号处理器IC选项与FPGA进行比较很有帮助，因为它们可以执行相同的功能，但以不同的方式和不同的性能指标。

这两种类型的组件都可以执行定点和浮点算术运算，它们具有相似的占地面积，以及在某些情况下每次算术运算的成本相似。然而，它们具有不同的功能集、不同的编程学习曲线和完全不同的专业化水平。FPGA高度提供可定制编程，而DSP旨在用于专门的信号处理应用（因此得名）。只有一些专门的混合信号FPGA包括ADC/DAC块，而大多数高性能DSP将包括DAC/ADC块，用于与传感器和其他仪器接口。

总结来说，当您需要一个提供高度可定制、共享资源、更快处理速度和显著并行化的处理器时，您将获得更快的计算速度和每MAC成本更低，更好的选择是FPGA。然而，如果速度不是关键因素，而您需要特定的集成功能，那么使用数字信号处理器IC会更好。在较低的时钟/MAC速率下，您将看到与FPGA相似的每MAC成本下的更快计算。

数字信号处理器IC需要通过标准协议与其他组件接口。

数字信号处理器IC基准

在选择数字信号处理器IC时，有一些重要的指导原则需要考虑：

• 乘累加（MAC）速率：这与下一点相关，但它也取决于您的固定或浮点操作的位深度。这是用来评估数字信号处理器IC性能的主要基准。
• 时钟/指令速率：指令速率通常以MIPS（每秒百万指令）或作为周期时间值来衡量。
• 针对基准算法的性能：对基准算法的计算时间进行特定测量，为您比较自己的算法提供了一个基准。两个常见的基准算法是有限脉冲响应滤波和FFT。
• 访问集成外设：这些IC通常在单个封装上提供多个可编程I/O和接口，用于与其他组件接口。注意您的IC中可用的信号协议。
• 成本：这些组件的一个优势是它们在信号处理任务上的性能更高，成本低于相当的MCU或FPGA（见上文）。除非您需要访问更多外部外设或接口，否则过度购买往往没有什么优势。

高性能数字信号处理器IC选项

与FPGA相比，这些选项在相似的时钟速率和成本下提供更快、更准确的计算。这些组件的编程学习曲线也更简单，这帮助许多设计师比使用FPGA时更快地将新产品投入生产。

德州仪器，TMS320C6720BRFP200

德州仪器的TMS320C6720BRFP200是一款低成本的数字信号处理器IC，支持32位固定点、32位浮点（单精度）或64位浮点（双精度）计算。这个组件的理想应用包括高性能音频系统（例如，实时效果、音频合成、乐器建模、编码/广播）、医学成像（例如，3D断层扫描和图像处理）、生物识别，以及其他需要专门信号处理任务的应用。

该组件不包括ADC/DAC模块，尽管它确实包括2个SPI和2个I2C接口，用于连接到外部ADC/DAC组件。该组件还包括一个通用主机端口接口（UHPI），外部主机CPU可以并行访问组件上的内存。与一些其他数字信号处理器IC不同，计算中存在一定级别的并行化：

在350 MHz下，CPU能够通过每个周期并行执行最多八条指令（其中六条为浮点指令）达到最大性能2800 MIPS/2100 MFLOPS。CPU原生支持32位固定点、32位单精度浮点和64位双精度浮点算术[来自TMS320C6720BRFP200数据手册]

TMS320C6720BRFP200数字信号处理器IC的功能块图。来自TMS320C6720BRFP200数据手册。

Analog Devices, ADSP-21161NCCAZ100

Analog Devices的ADSP-21161NCCAZ100是另一款针对音频、视频、医疗和工业应用的数字信号处理器IC。这款BGA组件提供了更多集成的外设，包括1 Mbit集成SRAM、通过I2S的16个Tx/Rx流、一个SPI总线和一个JTAG接口。它支持32位定点、32位浮点（单精度）和40位浮点（扩展精度）数据格式，最高可达660 MFLOPS。

作为基准评估算法，该组件仅需92μs即可完成1024点复FFT计算，并且每个抽头的有限脉冲响应滤波器为5 ns（100 MHz指令速率）。这使得该处理器非常适合实时音频和图像处理应用。下面显示了重要基准算法的计算时间。

ADSP-21161NCCAZ100针对基准算法的性能。来自ADSP-21161NCCAZ100数据手册。

Texas Instruments, 66AK2E05XABDA4

66AK2E05XABDA4数字信号处理器IC的成本高于上面显示的TI组件，但它提供了更快的处理速度和访问更多外设的能力。它还可以与2个USB 3.0接口和2个PCIe外设接口。它还提供32x GPIO、2x UART和3x SPI接口，以及1 GBE和10 GBE以太网。所有这些都建立在具有1.4 GHz时钟频率的四核ARM A15上。就处理能力而言，该组件提供32位定点（每核1.2 GHz下38.4 GMACS）和浮点（每核1.2 GHz下19.2 GFlops）计算。66AK2E05XABDA4包括一个64位宽、1.5-V DDR3 SDRAM EMIF接口。

66AK2E05XABDA4数字信号处理器IC的功能块图。来自66AK2E05XABDA4数据手册。

当您在寻找数字信号处理器IC时，您会在Octopart上找到上面显示的所有部件以及许多其他选项。您还会找到许多选项，用于支持您下一个PCB的组件。

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