浮点or定点?解析ADI公司SHARC处理器新产品系列

浮点DSP比定点DSP的动态范围更大；很多算法的浮点代码比定点占用更少的周期；浮点DSP可以实现更高的精度；浮点DSP的浮点运算用硬件来实现，其处理速度大大高于定点DSP…...这些浮点DSP与定点DSP的比较优势是浮点算法拥趸者们在“浮点定点之争”的话题中常提及的，也为大多数嵌入式设计工程师所熟知。

然而，由于电路复杂性和制造工艺上的原因，浮点处理器与定点处理器相比在成本和功耗上通常具有明显的劣势，从而导致浮点处理器的卓越处理能力、大动态范围和高精度的优势一直以来成了雷达、专业音频、医疗设备等高端产品的“专利”。近年来，浮点处理器在提供高性能的同时，在降低功耗和成本上有了长足的进步，主要的提供商都提供了5到10美元以内的浮点DSP，功耗也显著降低，浮点处理器正在开启更广泛应用的大门。

近日，ADI公司推出了其第四代SHARC处理器的新系列——ADSP 2148x和ADSP 2147x，在延续第四代SHARC处理器的高性能基础上，新型处理器在低成本和低功耗特性上具有不俗的表现，将为成本和功耗敏感的产品带来利用浮点DSP的机遇。本文将解析新型SHARC处理器的“一高”（高性能）、“二低”（低功耗和低成本）特性，以及将给便携式电子、消费电子等产品设计带来的技术应用创新机遇。

“一高二低”的浮点DSP新典范

从第一款真正的SHARC处理器ADSP-21060在16年前推出以来，SHARC处理器就一直引领着高性能浮点处理器的技术标杆。ADSP 2148x和ADSP 2147x处理器继承了第四代SHARC处理器的优良“基因”并实现了多项创新：具有PCG、8个串口、4个立体声通道ASRC、UART、TWI，可为工业、仪表、消费类音响、汽车和专业音响应用提供理想的外设特性；采用可变指令集架构（VISA），可以通过缩减指令操作码大小为应用代码释放多达30%的存储空间；最高5Mb片上RAM容量支持单芯片解决方案，允许许多应用取消外部存储器元件，而且每Mb的价格只有竞争性器件的一半，从而降低系统BOM成本；滤波器硬件加速器允许并行执行，能为内核释放出更多的MIPS；具有专用的硬件加速器和独立的计算单元以及DMA控制器，实现了后台执行FFT/FIT/IIR信号处理，可减轻内核处理负担；等等。SHARC2148x和SHARC2147x除了具有上述共同特性外，还分别针对各自的目标应用进行了若干优化，使其更加符合特定目标应用的性能、成本、集成度和功耗要求。

高性能、低成本是ADSP 2148x系列处理器的主要特点。最高400MHz的性能比同类32位竞争DSP产品提高33%，芯片支持滤波器功能使其执行滤波运算时不耗用内核资源，从而进一步提高处理能力。针对工业和汽车应用，SHARC2148x系列部分型号还集成了热敏二极管以支持高环境温度工作。对于某些需要大容量存储器的应用，集成的内存控制器可直接连接SDRAM、闪存和SRAM。而ADSP 2148x价格低至9.49美元。

图1.SHARC2147x处理器内部功能框图

低功耗是新款SHARC2147x系列处理器的最大亮点，在最高266MHz的性能条件下功耗仅为363mW(典型值），比同类竞争处理器功耗降低达20%。SHARC 2147x系列处理器充足的片上存储器和先进的并行处理能力都有利于降低功耗，通过扩展处理器的低功耗架构，确保系统级功耗的大幅节省。这些功能使设计师能够满足苛刻的功率预算。

为更多应用带来浮点处理器性能

SHARC 2148x、2147x系列处理器的推出改变了工程师对浮点处理器一贯的“贵族”印象，千片订量的报价分别为9.49（SHARC 21488）和9.25美元（SHARC 21478），与最接近的同类竞争器件相比，其价格降低超过3美元，这对于成本敏感的产品来说是一个不小的“红利”。

如此低的价格将让更多的消费者享受到高性能浮点处理器带来的高保真音频性能。当您在对包括AVR、高清DVD、高端电视等消费电子产品进行方案选型时，不妨将SHARC处理器作为您的选项之一，SHARC 2148x和2147x系列处理器所具备的高处理能力让您在系统资源预算上有更大的自由度，可以充分考虑像室内均衡、音量管理、对非理想的房间声学特性及扬声器响应补偿、逼真的环绕声音效、动态效果处理等以前常在专业音响设备中才使用的技术。

汽车辅助驾驶系统也将从更低价格的高性能SHARC处理器获益。由于大部分辅助驾驶应用需要进行大量的数据处理，需要实现高速并行的高级图像控制和处理，图像缩放、处理和识别等都需要采用先进数字信号处理能力。

SHARC2148x和2147x处理器提供的计算精度有利于提升基于雷达的驾驶辅助系统性能，为苛刻的安全应用实现最佳的目标分辨、多目标跟踪及实时系统响应。具备低功耗属性并且能适应105℃环境工作温度，SHARC2148x和2147x处理器满足了汽车环境需求并且具有价格竞争力，可帮助降低汽车辅助驾驶系统的打包价格，加速消费者的接受和采用。

图2.新型SHARC处理器将锁定这些应用

正是因为SHARC2147x处理器突破性的低功耗特性，ADI在新的产品营销策略中将SHARC处理器的市场领域扩展至包括便携式医疗产品在内的便携式电子应用中。小型化、便携需求已经成为医疗设备的一个发展趋势，SHARC2147x处理器的推出正是顺应了这个发展趋势，低至363mW的典型功耗足以满足便携设备的低功耗需求。目前SHARC2147x已经成功应用在便携血氧分析仪等便携式产品中。

低成本、低功耗的新型SHARC处理器的推出也必将惠及工业及仪表应用。高精度电机控制、大动态范围的频谱分析仪等工业应用一直以来是DSP处理器擅长的领域，过去高性能浮点DSP的成本因素让很多此类应用转向定点DSP或其他替代方案，而SHARC处理器的低成本将为这些应用利用浮点处理器带来的高性能、高精度和大动态范围的契机。

良好开发环境让应用更轻松

对熟悉定点算法的工程师来说，利用浮点DSP进行开发是否带来更大的挑战？事实上，在最初使用汇编语言编程的年代，浮点处理器的代码实现就比定点更容易，而在同样使用C语言来实现目标应用的高性能、高精度、大动态范围的时候，浮点处理器可以让您的设计更轻松。而且浮点DSP提供商提供的便利开发环境和各种库资源还可以进一步简化应用开发。

VisualDSP++是全球嵌入式系统开发工程师所熟悉并广受欢迎的集成软件开发与调试环境，是ADI公司针对旗下Blackfin处理器和SHARC处理器开发的，具有丰富开发便利特性，可以极大方便用户基于SHARC处理器的系统开发：完全集成的用户界面包括项目管理、调试、建模与绘图；具有C/C++编译器、汇编器（支持C语言数据类型）、专家链接器、加载器，支持各种设计和调试目标；自动API与自动脚本感知引擎；VisualDSP++内核（VDK），具有多处理器通信能力；针对SHARC的多项目管理；等等。

ADI公司还针对音频应用开发了VisualDSP++集成开发与调试环境的插件——VisualAudio。VisualAudio为工程师提供了图形化的音频系统设计与开发环境，可以简化基于SHARC的音频系统的开发过程，缩短面市时间、减小开发风险、降低开发成本。VisualAudio包含一个基于PC的图形用户界面以及大量的SHARC处理器音频专门技术，使得即使没有相关经验的工程师也可以利用一套基本的音频库和工具来迅速启动其项目，并使开发过程模块化、缩短学习时间。VisualAudio可与ADI公司的软件开发和诊断环境VisualDSP++协同工作。

ADI公司针对SHARC处理器的各种应用建立了由第三方开发商组成的广泛技术支持网络，可以为应用开发企业提供额外的软件模块和系统集成支持，这些第三方支持包括针对消费类、汽车和专业音响、军事、通信和仪器提供各种库资源、开发环境等。