與哈佛結(jié)構(gòu)相關(guān)，DSP芯片廣泛采用流水線以減少指令執(zhí)行時(shí)間．從而增強(qiáng)了處理器的處理能力。要執(zhí)行一條DSP指令需要通過取指令、譯碼、取操作數(shù)和執(zhí)行等幾個(gè)階段、DSP的流水線是指它的幾個(gè)階段在程序執(zhí)行過程中是重疊的，即在執(zhí)行本條指令的同時(shí)，下面的3條指令也依次完成了取操作數(shù)、譯碼、取指令的操作。換句話說，在每個(gè)指令周期內(nèi)。4條不同的指令處于激活狀態(tài)．每條指令處于不同的階段。正是利用這種流水線機(jī)制、保證DSP的乘法、加法以及乘加運(yùn)算可以在一個(gè)單周期內(nèi)完成。這對(duì)提高DSP的運(yùn)算速度具有重要意義，特別是當(dāng)設(shè)計(jì)的算法需要進(jìn)行連續(xù)的乘加運(yùn)算時(shí)．這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性就得到了充分的友現(xiàn)。也正是這種結(jié)構(gòu)。決定了DSP的指令基本上都是單周期指令。衡量一個(gè)DSP的速度也基本上以單周期指令時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)．其倒數(shù)就是MIPS。

應(yīng)用處理器的產(chǎn)生來源和基本原理
在下一代多功能手機(jī)中，DSC、MP3、游戲和視頻等應(yīng)用百花齊放。如果只用基帶芯片實(shí)現(xiàn)這些功能，那么將顯著增加CPU的負(fù)荷并影響通信處理性能。應(yīng)用處理器(AP)適合于擴(kuò)展手機(jī)功能，而且采用模塊化架構(gòu)的AP子系統(tǒng)可重復(fù)用在不同移動(dòng)系統(tǒng)制式的手機(jī)。

應(yīng)用處理器是SoC解決方案的重要補(bǔ)充，今天的低功耗設(shè)計(jì)要考慮每兆赫茲毫瓦(mW/MHz)等級(jí)的功耗性能。某些應(yīng)用處理器最低可以達(dá)到0.08mW/MHz，最高到0.42mW/MHz。為了支持更多的節(jié)電功能，還可以采用集成的智能LCD顯示屏，它有內(nèi)置存儲(chǔ)器，用于緩存圖像，并有一個(gè)獨(dú)立的控制器，可以節(jié)省用于屏幕刷新的CPU周期。其它方法是通過0.13微米晶圓工藝實(shí)現(xiàn)的，既降低了內(nèi)部I/O和核心電壓，又控制著泄漏電流。其它技術(shù)包括采用電源管理軟件來減少CPU工作周期和頻率。該技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是基于ARM的Intel PXA27x XScale?處理器架構(gòu)。

模塊化架構(gòu)
這種雙處理器方案把基帶工作和AP工作分開，一個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)基本的電話功能，另一個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)多媒體功能?；鶐幚砥鲗?shí)現(xiàn)目前手機(jī)所做的呼叫/接聽等基本的電話功能，AP處理器專用于處理高負(fù)荷的多媒體應(yīng)用。

應(yīng)用處理器子系統(tǒng)的要求
1．連接簡單；連接的最簡單方式是采用一個(gè)SRAM接口。

2．“穿過”(pass through)特性

由于LCD連到AP而不是基帶處理器上，因此從基帶提取圖像送往LCD成為間接的動(dòng)作。AP處理器上的“穿過”特性使得基帶處理器可以訪問LCD，即使該AP處于節(jié)電模式下。在這種模式下，不管是主LCD還是子LCD，基帶處理器都可訪問?？梢浴按┻^”的最大器件數(shù)目設(shè)定為4。這為未來的擴(kuò)展預(yù)留了空間。功耗在節(jié)電狀態(tài)下達(dá)到最低。因而手機(jī)的待機(jī)時(shí)間可以最大化。有了這種直接訪問特性，現(xiàn)有代碼無需修改就可重復(fù)使用。它減輕了工程師的工作負(fù)荷并縮短了開發(fā)時(shí)間。

3．基帶引導(dǎo)功能

通過利用這種特性，主程序可以存儲(chǔ)在不昂貴的NAND/AND閃存上。引導(dǎo)加載器將主程序從數(shù)據(jù)閃存加載到SDRAM，并最終在該SDRAM上運(yùn)行它。一個(gè)不同的引導(dǎo)加載器可用來重寫/更新主程序。即使在重寫期間發(fā)生異常中斷，對(duì)最終產(chǎn)品也沒有任何損害。

4．視頻I/O

將YUV轉(zhuǎn)換成RGB或者將RGB轉(zhuǎn)換成YUV是靠硬件實(shí)現(xiàn)，不是靠軟件計(jì)算。這帶來速度和效率。例如：一個(gè)SXGA分辨率照相機(jī)傳感器的輸出YUV格式為4:2:2，每秒15幀，這意味著每秒可處理1,280×1,024×8×15=157,286,400字節(jié)。

5.集成基帶與AP

基帶系統(tǒng)和AP子系統(tǒng)的集成類似于把一個(gè)SRAM加到基帶處理器上?；鶐?yīng)該最多保留7個(gè)I/O端口和一個(gè)中斷來控制AP。除去某些AP功能，如“基帶引導(dǎo)”和“穿過”，可以降低對(duì)I/O的需求。

應(yīng)用處理器設(shè)計(jì)上分三大流派，一大流派是單ARM內(nèi)核加陣列處理器，另一大流派為ARM內(nèi)核+DSP。還有一大流派就是采用門級(jí)邏輯電路設(shè)計(jì)。還有極少數(shù)廠家使用RISC結(jié)構(gòu)。

ARM內(nèi)核最大的優(yōu)點(diǎn)是軟件操作平臺(tái)易于建設(shè)，同時(shí)性能也算不錯(cuò)。缺點(diǎn)是性能功耗比不如DSP，因此ARM內(nèi)核的運(yùn)算單元適合與上層軟件鏈接而靈活控制手機(jī)中的多個(gè)設(shè)備，DSP就比較適合進(jìn)行固定模式的運(yùn)算。ARM性能和運(yùn)行頻率關(guān)系很大。需要獲得比較強(qiáng)的性能就必須提高時(shí)鐘頻率，提高時(shí)鐘頻率就意味著功耗增大，德州儀器多媒體應(yīng)用處理器使用的TMS320C55x DSP內(nèi)核要比ARM11的效率也要高不少。

應(yīng)用處理器的分類與發(fā)展
嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器，嵌入式系統(tǒng)軟件和嵌入式應(yīng)用軟件組成。但是嵌入式系統(tǒng)有不同的應(yīng)用形式，不同的形式?jīng)Q定了不同的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)。目前主要有三種嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)。

1.IP 級(jí)的架構(gòu)。

IP級(jí)的架構(gòu)是系統(tǒng)級(jí)芯片的形式(SOC)。該架構(gòu)把不同的IP單元根據(jù)應(yīng)用的要求集成在一塊芯片上面，并且嵌入式軟件也可以集成在這個(gè)芯片上面。

2.芯片級(jí)的架構(gòu)。

嵌入式系統(tǒng)中最常見的是芯片級(jí)的架構(gòu)。芯片級(jí)的架構(gòu)是根據(jù)應(yīng)用的要求，可以選擇相應(yīng)的處理器芯片，內(nèi)存組件，1O接口芯片等組成相應(yīng)的嵌入式系統(tǒng)。相應(yīng)的系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件也固化在ROM中。

3.模塊級(jí)的架構(gòu)。

模塊級(jí)的架構(gòu)是以X86處理器溝通的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模塊嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中。把操作系統(tǒng)改造為嵌入式操作系統(tǒng)，把應(yīng)用軟件固化在固態(tài)盤中。這樣這種系統(tǒng)體積小，可靠性好，具備了常用PC的通用性和便利性。這種嵌入式系統(tǒng)多用于工業(yè)控制系統(tǒng)中。

Intel公司在2000年9月推出了基于StrongARM/XScale處理器的面向互聯(lián)網(wǎng)的嵌入式系統(tǒng)的架構(gòu)，即Intel個(gè)人互聯(lián)網(wǎng)用戶架構(gòu)PCA(Personal Internet ClientArchitecture)。PCA架構(gòu)由應(yīng)用子系統(tǒng)，通信子系統(tǒng)和內(nèi)存子系統(tǒng)組成。PCA 的應(yīng)用子系統(tǒng)是由StrongARM/XScale處理器組成的。該處理器在嵌入式系統(tǒng)的支持下，管理擴(kuò)充設(shè)備內(nèi)存，用戶輸入輸出，電源管理及通信子系統(tǒng)之間的交互。PCA子系統(tǒng)是由一個(gè)或者多個(gè)處理器構(gòu)成完成通信協(xié)議的處理。為了提高實(shí)時(shí)處理的性能，也可以增加DSP。內(nèi)存子系統(tǒng)提供低電壓，低功耗，高級(jí)程度的Flash/SRAM/DRAM的管理。支持分級(jí)存儲(chǔ)體系，告訴緩存，片上內(nèi)存，系統(tǒng)內(nèi)存等。

我們可以認(rèn)為Intel公司提出的PCA架構(gòu)是嵌入式系統(tǒng)的第四種架構(gòu)，作為該架構(gòu)中的應(yīng)用子系統(tǒng)的嵌入式處理器，Intel公司推出了XScale處理器。XScale和是采用ARM VSTE架構(gòu)的處理器，使Intel公司的StrongARM的換代產(chǎn)品。XScale是以核的形式作為ASSP(Application Specific Standard Product) .Intel公司的PXA250和PXA210應(yīng)用處理器就是為手持設(shè)備設(shè)計(jì)的ASSP。