DSP软件向桌面和嵌入式系统挑战

黑衣人

DSP软件向桌面和嵌入式系统挑战 [复制链接]

如何合理地安排数据流程，使之在DSP的各执行单元间无冲突地顺利执行，仍是DSP开发人员面临的一个非常重要的问题。由于设计的复杂性，将算法映射到DSP具体目标硬件上，尚不能采用高层次编程语言，必须使用汇编语言，并对器件的并行执行机制有十分清楚的了解。而这种局限于汇编语言的编程设计,正是提高软件开发效率的瓶颈。
　　90年代早期，嵌入式系统"%26gt;嵌入式系统和桌面应用的开发人员曾面临相似的问题。当时为提高设计效率而采用的方法现在仍可借鉴使用。一个短期的解决方案是由编程人员自己解决这一问题。但是，编程人员相对短缺，而且DSP领域编程人员更为紧缺。在DSP开发时，可以考虑采用非DSP专业的编程人员，但这些人员一般倾向于使用桌面和嵌入式应用的开发工具。而DSP开发领域还没有类似的工具，这就阻碍了DSP应用的进一步推广。

　　开发相似，实质不同

　　即使采用了上述的开发工具，DSP还具有不同于RISC和CISC的独特特征。DSP处理能力不仅靠越来越快的时钟速率来实现，而且还依赖于并行处理结构的进一步采用。早期的DSP仅含有单个多路器和累加器，由哈佛结构以及一些控制寄存器环路组成。而目前的DSP处理器通常采用多个执行单元，每个执行单元都由算数逻辑运算单元（ALU），一个多路器和累加器组成，而且这些执行单元可以并行执行。

　　美国I.C.Com 公司在与西门子半导体公司的合作中，开发出了Carmel DSP，它通过一个非常类似C的汇编语言来解决DSP开发面临的上述瓶颈问题。

　　I.C.Com公司VLSI设计副总裁Amnon Rom说：“我们的目的是使我们的汇编语言Carmel尽可能地接近C语言。对DSP开发来说，减少开发过程中从浮点算法转换到固定点算法，然后再到汇编语言程序所需的时间非常重要。通过将汇编语言与之一一对应，从而减去了从C语言到汇编语言的开发步骤。”

　　友好易用的硬件系统

　　美国ZSP公司采用易于编译的硬件系统来解决DSP开发中面临的这一问题。其硬件系统包含一个正交指令集，一个透
明状态机和一个流水线控制单元。其中流水线控制单元是该结构的关键，它代替编程人员对DSP中的并行执行单元进行作业安排控制。通过分配指令到硬件、解决数据和资源间的依存问题，从而将指令分组分配到DSP的各个并行执行单元。这样减去了编程人员和编译器安排分配并行任务的负担。

　　ZSP公司提供一套完整的软件开发工具，让编程人员管理复杂的DSP编程任务。可以通过命令行直接调用这一工具，或者通过使用Premia的Codewright编辑器。Codewright是一个开发工作平台，通过它可启动其他应用程序。ZSP就是采用该平台来管理其Gnu编译器、汇编器、链接器、仿真器以及调试工具。

　　Codewright开发环境进一步扩展，包括了设计项目目录管理功能，对项目可执行程序的生成进行参数调整。针对基本的DSP软件开发，ZSP公司提供了一个完整的解决方案。

　　美国TI公司认为DSP未来的发展在于软件，并已经开始着手两项开发。首先，它将Code Composer IDE的功能与DSP/BIOS和RTDX驱动程序进行集成，组成综合开发环境Code Composer Studio。这是TI将其收购的GoDSP公司Code Composer DSP调试工具与Spectron的低档DSP操作系统进行统一集成的结果。其次，它建立了DSP软件模块的标准接口，以便更好地重新利用现有的实现了的DSP算法。

　　TI公司认为，通过将一个汇编语言优化器集成到其Code Composer开发环境，从而减少了对汇编语言的需要。据称该工具产生的编码的效率可达到手工调试的汇编语言的80。

　　对DSP开发，每个MIP和存储器字非常珍贵，对这一资源的任何浪费都会影响项目的进展，使之难以完成。但为了提高软件开发效率，也必须牺牲一些MIP和存储器为了更好地开发

　　对DSP开发，每个MIP和存储器字（Word）非常珍贵，对这一资源的任何浪费都会影响项目的进展，使之难以完成。但为了提高软件开发效率，也必须牺牲一些MIP和存储器。这些MIP和存储器资源是用在DSP内访问程序和数据转换方面，访问程序将DSP算法的内部表达方式转换成共用的方式，以便进行通信。

　　TI公司提出的软件标准包含两个方面，一是处理目标硬件与主机的接口，另一方面处理内部的API（应用程序接口）集，以提供DSP软件模块间的通信。在主机一侧，是Active X程序集，用来处理与目标硬件间的通信，并模拟目标器件的行为。这里主机接口包括以下四个主组：项目服务器，编辑服务器，图象服务器和调试服务器。其中调试服务器用来建立和维持与目标硬件间的通信。在目标硬件一侧，链接依赖于RTDX和DSP BIOS。

Blue Wave Systems的产品经理Nick Keeling对Code Composer Studio表示很大的兴趣，他说，通过这一产品，可以看到DSP软件开发步入成熟。这一进程是TI与其第三方DSP板级开发商共同合作的结果，从Code Composer Studio开发的初期，第三方板级开发商就积极地参与了进来。而这一参与使第三方厂商有能力对Code Composer Studio的功能开展进一步开发。

　　Blue Wave Systems公司正对Code Composer Studio进行改进，使它能自动识别与之相连的任何电路板，包括读取电路板上的配置信息，以及识别安装在电路板上的驱动程序类型。该公司可提供这种电路板和改进后的具备自动识别功能的Code Composer Studio开发环境。

　　Analog Devices公司的Visual DSP工具集与TI公司的Code Composer类似，但不包括主机与目标硬件的链接。该工具支持其全部SHARC DSP系列产品。

　　Visual DSP是集成了IDE和调试器的一个项目管理工具。原码调试工作可在一个C语言和汇编语言的混合环境中完成。同时调试工作可通过一个硬件仿真器在主机上进行，也可直接在目标硬件上实现。

　　目标器件接口数据流可通过中断的随机组合来仿真。并可在指定的地址范围内和地址范围外设置观测点进行检查。这种功能使开发人员能更好地处理堆栈资源的下溢和上溢。

　　DSP：数字化时代的骄子

　　在即将告别20世纪 、步入21世纪的世纪之交的时刻，让我们首先回顾一下国际上电子工业最近30年来发展的历程：
70年代的电子工业以消费电子为主，代表性的产品是录像机、摄像机、彩电，主要的生产厂商是日本的Sony、JVC、荷兰的Philips等家电厂商，依靠的是大规模生产和优秀的质量。80年代是计算机时代，代表性的产品是PC机、硬盘驱动器、打印机，主要生产厂商是美国的Intel、IBM、Microsoft、Compaq等公司。90年代起是信息时代，代表性的产品是个人通信网、网络接入设备、数字化消费类电子产品，主要生产厂商目前尚难确定，处于战国七雄争霸时代，主要获胜的战略之一是以DSP为核心的技术及其创新产品。

　　DSP可以代表数字信号处理技术，也可以代表数字信号处理器，其实两者是不可分割的，前者是理论上的技术，要通过后者变成实际产品。两者结合起来就成为解决某一实际问题和实现某一方案的手段——数字信号处理解决方案（DSPS）。

　　DSPS正在改变我们生活方式的各个方面，例如人们之间的联系方式正由电话转向个人通信方式。人类从电话发明到5千万电话用户数花了70年时间，模拟蜂窝电话达到5千万用户花了14年，而数字蜂窝电话（GSM是其中之一）只花了5年就达到相同的用户数。

　　再如我们的娱乐方式，VCD、DVD正替代VHS录像机，数字电视机开始替代模拟的NTSC或PAL制电视机。家庭影院主要由数字化A/V设备组成，DSP不仅给你环绕声，还为你虚拟各种现场效果。

　　DSP日益进入人们的生活，所以DSP芯片的年增长率超过50，在最近几年整个半导体产量下降的情况下，唯有DSP芯片保持高速增长的势头。

　　DSP的发展面临的挑战是CPU速度的急速增快和价格的持续下降，使DSP制造商面临两种选择，一种是加快DSP的发展，另一种是退出竞争。看来主要的DSP制造商都选择了第一种路线，尤其是占全球DSP销售份额45的美国TI公司在对公司的产品进行结构性调整的基础上，以多元化投资转到单一化投资，确立以DSPS为主要发展的产品，即集所有技术、所有产品于DSP。

　　TI公司在原来已被人们熟知的TMS320C1X、TMS320C25、TMS320C3X/4X、TMS320C5X、TMS320C8X的基础上发展了三种新的DSP系列，它们是：TMS320C2000、TMS320C5000、TMS320C6000系列，成为当前和未来相当长时期内TI DSP的主流产品，前面提到的那些老型号产品均将被这三种新系列产品替代。从今年开始，’C1X、’C25、C5X、C8X的价格每年都会上调，今年提升了10。而’C2000、’C5000和’C6000三种新系列芯片的价格会逐年作较大幅度的下调，因此无论从价格还是技术支持或是从产品开发的连续性出发，建议大家尽量采用新的DSP系列，在进行教学、培训时也应介绍这三种新的系列。