嵌入式 CPU 幾乎無(wú)處不在，因?yàn)樗鼈兲峁┝遂`活性以及相當(dāng)好的性能和低功耗，而且通常成本更低。與需要將單獨(dú)的微處理器或微控制器耦合到您的定制硬件的解決方案相比，切換到基于嵌入式 CPU 的設(shè)計(jì)是輕而易舉的事。但是任何類(lèi)型的 CPU 都有限制。即使我們可以將我們的算法轉(zhuǎn)移到軟件中，算法的潛在復(fù)雜性是無(wú)限的。我們可以編寫(xiě)程序并且它們會(huì)運(yùn)行，但不一定在可接受的時(shí)間或合理的功率預(yù)算內(nèi)。

這就是為什么微處理器制造商很快提出了硬件加速器的概念——硬件功能可以執(zhí)行通常需要的任務(wù)，例如浮點(diǎn)運(yùn)算，比在 CPU 上運(yùn)行的軟件要快得多。這個(gè)想法很快就流行起來(lái)，其他加速器開(kāi)始出現(xiàn)，對(duì)于密碼學(xué)、正則表達(dá)式處理和圖形功能只是幾個(gè)例子。

所有這些都非常有效，但犧牲了基于軟件的解決方案的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)：因?yàn)閷?shí)現(xiàn)大多是硬編碼的，所以很難修改。加速器可能允許通過(guò)寄存器控制進(jìn)行一些有限級(jí)別的調(diào)整，但是如果您需要修復(fù)錯(cuò)誤或更改算法，則必須重新設(shè)計(jì)硬件。響應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)故障和不斷變化的市場(chǎng)需求變得更加昂貴。

您真正想要的是兩全其美——一種在加速算法的同時(shí)仍然能夠在軟件中定義這些算法的方法。當(dāng)然，所有可能算法的范圍是無(wú)限的，因此不可能對(duì)所有情況都有一個(gè)解決方案。但是對(duì)于大量非常常用的功能，DSP 正好可以提供這種解決方案。

考慮幾乎所有必須處理流數(shù)據(jù)的操作。在音頻處理中可以找到明顯的例子，從濾波到 PDM-PCM 轉(zhuǎn)換再到聲學(xué)回聲消除。或者考慮基于流的密碼，例如 SNOW 和 ZUC（用于 LTE）。在信號(hào)處理環(huán)境中，考慮基站和手機(jī)之間的信道估計(jì)。這旨在優(yōu)化當(dāng)前條件下的傳輸以獲得最大的可靠性，并且需要對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行復(fù)雜的矩陣計(jì)算。更一般地說(shuō)，考慮任何可以從非常廣泛的并行性中受益的應(yīng)用程序，例如 AES 加密。

流計(jì)算、復(fù)雜數(shù)學(xué)（矩陣、浮點(diǎn)）和/或高級(jí)并行性都是 DSP 大放異彩的領(lǐng)域，應(yīng)該認(rèn)真考慮作為硬件加速器的替代品。在許多情況下，實(shí)現(xiàn)也將小于硬編碼加速器，從而降低產(chǎn)品的單位成本。至于功耗，也許加速器會(huì)比 DSP 實(shí)現(xiàn)略低，但 DSP 功耗仍將遠(yuǎn)低于基于 CPU 的同等產(chǎn)品。更好的是，如果這些加速不需要同時(shí)運(yùn)行，您可以將多個(gè)加速功能整合到一個(gè) DSP 上，從而消除對(duì)多個(gè)加速器的需求。為了獲得更大的處理能力，您可以使用多核 DSP，就像您可以使用多核 CPU 一樣。

最重要的是，DSP 實(shí)現(xiàn)是可編程的，用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)，就像您的 CPU 內(nèi)核一樣。您需要做一些稍微不同的事情——例如優(yōu)化并行性——但是一個(gè)好的 DSP 編譯器和建模模擬器應(yīng)該會(huì)讓這相對(duì)容易。因此，您無(wú)需更改底層硬件即可獲得錯(cuò)誤修復(fù)和產(chǎn)品升級(jí)的所有優(yōu)勢(shì)。提高客戶(hù)滿意度并改善收入來(lái)源。不錯(cuò)。

還有另一個(gè)優(yōu)勢(shì)：作為處理器，它可以支持多種功能?？紤]一下全球定位標(biāo)準(zhǔn) GNSS，以及從基于 DSP 的計(jì)算中顯著受益的功能。這當(dāng)然是移動(dòng)設(shè)備中的一個(gè)很好的功能，但現(xiàn)在固定設(shè)備的 GNSS 也出現(xiàn)了繁榮，以簡(jiǎn)化配置、更新和維護(hù)。如果您的設(shè)備已經(jīng)啟用了 DSP，則 GNSS 可能是某些供應(yīng)商的軟件插件，并且可以在其他功能處于休眠狀態(tài)時(shí)在安靜時(shí)期運(yùn)行。如果您已經(jīng)擁有基于硬件的 GNSS 或計(jì)劃添加一個(gè)，您可以節(jié)省空間和電力。

我并不是說(shuō) DSP 實(shí)現(xiàn)一定可以取代你所有的硬件加速器。某些加速器功能可能不適合 DSP 的優(yōu)勢(shì)。有些可能適合某個(gè)范圍，但不能超出該范圍；例如，對(duì)于非常大的過(guò)濾器，您唯一的選擇可能仍然是硬連線實(shí)現(xiàn)。但這留下了許多功能，其中 DSP 在性能和功率上接近等效的硬件加速器，實(shí)際上可能在成本上更好，并且比硬件版本具有無(wú)限更多的靈活性。值得考慮。

本博客是系列文章中的第二篇，該系列以“為什么 DSP 突然無(wú)處不在”開(kāi)始，并以第三篇博客結(jié)尾：“決策，決策：硬件加速器還是 DSP？”。

審核編輯 黃昊宇