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在工業(yè)領(lǐng)域，DSP將要被ARM淘汰了？ARM + DSP才是更優(yōu)解？
2022/05/16
業(yè)界部分開發(fā)者當(dāng)中，曾經(jīng)有著DSP(數(shù)字信號處理器)將要被ARM淘汰的流言。那么，DSP真的要被時代拋棄了嗎？暫且讓我們先來盤一盤DSP的特點(diǎn)與優(yōu)勢吧。
圖 1 C66x DSP結(jié)構(gòu)框圖
(1) DSP芯片一般采用的是哈佛結(jié)構(gòu)(Havard Structure)，可同時對數(shù)據(jù)和程序進(jìn)行尋址，大大提高了數(shù)據(jù)處理能力，非常適合于實(shí)時信號處理。TI公司的DSP芯片結(jié)構(gòu)是改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，改進(jìn)之處是在數(shù)據(jù)總線和程序總線之間進(jìn)行局部的交叉連接，使得允許數(shù)據(jù)存放在程序存儲器中，并被算術(shù)運(yùn)算指令直接使用，增強(qiáng)了芯片的靈活性。
(2) DSP擁有專門的指令集，主要是專門針對數(shù)字信號處理的，如通訊和多媒體處理。
(3) DSP采用專用的硬件乘法器以及快速的指令周期，它可在一個指令周期中同時完成一次乘法和一次加法，這非常適合快速傅立葉變換的需求。目前TI公司的C6000系列的C66x DSP處理器工作主頻可高達(dá)1.25GHz。
(4) 浮點(diǎn)運(yùn)算DSP比定點(diǎn)運(yùn)算DSP的動態(tài)范圍要大很多。定點(diǎn)DSP的字長每增加1bit，動態(tài)范圍過大6dB，32bit浮點(diǎn)運(yùn)動DSP的動態(tài)范圍可做到1536dB，不僅大大擴(kuò)大了動態(tài)范圍，提高了運(yùn)算精度，還大大節(jié)省了運(yùn)算時間和存儲空間，為復(fù)雜算法的實(shí)時處理提供了保證。目前TI公司的C6000系列的C66x DSP處理器的浮點(diǎn)可高達(dá)22.4GFLOPS。
可以看到，以上DSP優(yōu)勢是ARM所不擅長的。在面對一些需要高速復(fù)雜的運(yùn)算場景，DSP仍然擁有不可替代作用，特別是精密數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、測試測量儀器、能源電力監(jiān)測、電力電子技術(shù)、音視頻處理等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。
面對這些復(fù)雜的應(yīng)用場景，既需要ARM的強(qiáng)大綜合處理能力，又需要DSP的強(qiáng)大數(shù)字信號處理能力，因此ARM + DSP也成為了工業(yè)領(lǐng)域很多產(chǎn)品的經(jīng)典架構(gòu)。而不是部分開發(fā)者所認(rèn)為的ARM即將淘汰DSP，其實(shí)DSP一般都已經(jīng)和ARM架構(gòu)融合到一個SoC處理器中，各自發(fā)揮各自的優(yōu)勢，此時的DSP也更類似ARM的一個協(xié)處理器。
TI從2000年開始一直不斷推出ARM + DSP架構(gòu)SoC處理器，從以往的DM6446、DM3730、OMAPL138，到最新的AM5728、AM5708，每一款處理器都在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域大放光彩，成為眾多工業(yè)客戶的首選處理器。
下面詳細(xì)介紹下TI最新ARM + DSP處理器AM5708/AM5728，它們分別由ARM Cortex-A15 + 浮點(diǎn)DSP C66x構(gòu)成。
芯片硬件資源對比
表 1
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AM5728 |
AM5708 |
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2x ARM Cortex-A15，主頻1.5GHz |
1x ARM Cortex-A15，主頻1GHz |
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2x DSP C66x，主頻750MHz，支持浮點(diǎn)運(yùn)算 |
1x DSP C66x，主頻750MHz，支持浮點(diǎn)運(yùn)算 |
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2x IPU(Image Processing Unit)，每個IPU子系統(tǒng)含2個ARM Cortex-M4核心，共4個ARM Cortex-M4核心 |
2x IPU(Image Processing Unit)，每個IPU子系統(tǒng)含2個ARM Cortex-M4核心，共4個ARM Cortex-M4核心 |
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2x PRU-ICSS，每個PRU-ICSS子系統(tǒng)含2個PRU(Programmable Real-time Unit)核心，共4個PRU核心 |
2x PRU-ICSS，每個PRU-ICSS子系統(tǒng)含2個PRU(Programmable Real-time Unit)核心，共4個PRU核心，支持EtherCAT等協(xié)議 |
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1x IVA-HD Video Codec，支持1路1080P60 H.264視頻硬件編解碼 |
1x IVA-HD Video Codec，支持1路1080P60 H.264視頻硬件編解碼 |
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2x SGX544 3D GPU圖形加速器 |
1x SGX544 3D GPU圖形加速器 |
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1x GC320 2D圖形加速器 |
1x GC320 2D圖形加速器 |
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2.5MByte On-Chip Memory |
512KByte On-Chip Shared Memory |
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3x VIP(Video Input Ports)，支持8路1080P60視頻輸入 |
1x VIP(Video Input Ports)，支持4路1080P60視頻輸入 |
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不支持MIPI |
1x MIPI CSI-2(Camera Serial Interface 2) |
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1x TV OUTPUT，支持HDMI/DPI 1080P60 |
1x TV OUTPUT，支持HDMI/DPI 1080P60 |
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3x LCD OUTPUT |
2x LCD OUTPUT |
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3x eHRPWM |
3x eHRPWM |
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3x eCAP |
3x eCAP |
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3x eQEP |
3x eQEP |
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1x NMI |
1x NMI |
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1x PCIe Gen2，支持一個雙通道端口，或兩個單通道端口，每通道最高通信速率5Gbps |
1x PCIe Gen2，支持一個雙通道端口，或兩個單通道端口，每通道最高通信速率5Gbps |
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1x USB 2.0 |
1x USB 2.0 |
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1x USB 3.0 |
1x USB 3.0 |
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2x 10/100/1000M Ethernet |
2x 10/100/1000M Ethernet |
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3x MMC/SD/SDIO |
3x eMMC/SD/SDIO |
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10x UART |
10x UART |
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1x JTAG |
1x JTAG |
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2x Watchdog |
2x Watchdog |
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1x SATA |
不支持SATA |
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1x GPMC |
1x GPMC，支持8個片選信號 |
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5x I2C |
5x I2C |
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2x DCAN |
2x DCAN |
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8x McASP |
8x McASP |
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1x QSPI |
1x QSPI |
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4x SPI |
4x SPI |
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核心板滿負(fù)載功耗：10.1W |
核心板滿負(fù)載功耗：5.1W |
創(chuàng)龍科技基于AM5708、AM5728設(shè)計的兩款工業(yè)評估板TL570x-EVM、TL5728-EasyEVM，由核心板和評估底板組成。核心板經(jīng)過專業(yè)的PCB Layout和高低溫測試驗(yàn)證，穩(wěn)定可靠，可滿足運(yùn)動控制、工業(yè)PC、機(jī)器視覺、智能電力、視頻監(jiān)測等工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。
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