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　　為完成這些任務(wù)，有幾種系統(tǒng)設(shè)計方案選擇。

　　第一種方案將DSP和MCU芯片組合在印制電路板(PCB)上。這種方案成本高并且占用面積大，但是可適當(dāng)?shù)卣{(diào)整每個芯片的尺寸以最大限度地滿足系統(tǒng)需要。

　　第二種方案是一種將DSP和MCU組合在單個封裝內(nèi)的多芯片模塊(MCM)。這種方案的局限性是，設(shè)計工程師必須按“50/50”的時間比例分配給控制和DSP功能;例如，一旦DSP超出時間，MCU將不能完成計算任務(wù)。像第一種方案選擇一樣，當(dāng)DSP和MCU內(nèi)核獨立存在時，需要兩套開發(fā)工具。

　　第三種方案是將DSP功能合并到一個MCU中。這種方案只適合于直接的信號處理應(yīng)用。MCU的時鐘頻率和計算體系結(jié)構(gòu)根本上不太適合大量的數(shù)字處理。有些MCU試圖通過增加一個乘法和累加器(MAC)(DSP的一個特點)來補償上述不足。但是這種方案仍然缺乏高級應(yīng)用所需要的基本的“由下至上　”的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計　。

　　最近，已經(jīng)出現(xiàn)第四種方案它是將MCU的功能合并到一個DSP中。這類方案的一個例子是美國模擬器件公司(Anolog　Device　Inc.，簡稱ADI)的Blackfin?　處理器系列。這些新型處理器具有統(tǒng)一的經(jīng)過優(yōu)化的體系結(jié)構(gòu)，不僅適于數(shù)據(jù)計算，而且也適于有關(guān)的控制任務(wù)。通過平衡執(zhí)行控制任務(wù)與復(fù)雜計算的要求，這種方案可以根據(jù)系統(tǒng)實時處理的需要，完成100%的控制或者100%的計算任務(wù)。完成所有這一切任務(wù)不需要在DSP模式和MCU模式之間的模式轉(zhuǎn)換。

　　(translation　of　graphics)

　　System　Control　Blocks=系統(tǒng)控制單元

　　Emulator　&　Test　Control=仿真器和測試控制

　　Voltage　Regulation=穩(wěn)壓電源

　　Event　Controller=事件控制器

　　Clock(PLL)=時鐘

　　鎖相環(huán)(PLL)

　　Memory　DMA=存儲器

　　直接存儲器存取(DMA)

　　Watchdog　Timer=監(jiān)視定時器

　　Real　Time　Clock=實時時鐘

　　Core=內(nèi)核

　　48　KB　Instruction　SRAM/Cache=48　KB指令

　　靜態(tài)存儲器(SRAM)

　　和高速緩存

　　32　KB　Instruction　ROM=32　KB指令

　　只讀存儲器(ROM)

　　32　KB　Data　SRAM/Cache=32　KB數(shù)據(jù)

　　靜態(tài)存儲器(SRAM)

　　和高速緩存

　　4　KB　Scratchpad　RAM=4　KB

　　高速暫存

　　隨機存儲器(RAM)

　　System　Interface　Unit=系統(tǒng)接口單元

　　External　Memory　Interface=外部存儲器接口

　　High　Speed　I/O=高速I/O端口

　　Parallel　Peripheral　Interface/GPIO=并行外圍接口(PPI)

　　和通用輸入輸出接口(GPIO)

　　UART=通用異步收發(fā)器

　　SPI=串行外圍接口(SPI)

　　Hi-speed　Serial　Ports=高速串行端口

　　PCI/USB=可編程通信接口(PCI)和通用串行總線(USB)

　　Timers　0/1/2=定時器0，1，2

　　Peripheral　Blocks=外圍設(shè)備單元

　　一類新型的DSP也提供一套RISC指令系統(tǒng)集、存儲器管理單元、事件控制器和多種外設(shè)以便在一顆單芯片內(nèi)提供大量計算和高效系統(tǒng)控制功能。

　　DSP與MCU比較

　　首先讓我們回顧一下DSP和MCU的典型功能。DSP主要是在一單個時鐘周期內(nèi)盡可能完成多個MAC(乘法和累加)操作。為了這一點，指令的操作代碼通常是可變的超長的指令字(VLIW)。DSP也適于工作在緊密、高效的環(huán)路中。另外，為了達到性能指標(biāo)通常需要編寫優(yōu)化的匯編代碼。由于DSP的算法程序一般裝在小容量、短等待時間的內(nèi)置存儲器中，所以代碼密度通常不是大問題。

　　像DSP主要用于完成計算一樣，MCU主要用于完成控制功能。同樣地，典型的MCU應(yīng)用包括許多條件操作，在程序流程中頻繁地跳轉(zhuǎn)。通常使用C或者C++語言編寫程序。代碼密度極為重要，并且根據(jù)編譯代碼的長度來評估算法。存儲器系統(tǒng)是基于高速緩存從而允許該系統(tǒng)設(shè)計工程師用較長等待時間從較大的存儲器中調(diào)用較大程序。利用基于高速緩存系統(tǒng)，程序員不需要考慮如何以及何時將指令輸入到內(nèi)核去執(zhí)行。

　　統(tǒng)一的DSP和MCU兼?zhèn)鋬烧叩膬?yōu)點。它的指令集由16　bit，32　bit和64　bit操作碼組成，但是由于最常用的指令采用16　bit編碼，所以編譯代碼密度大小與那些流行的MCU相同。另外，它包括一個存儲器保護功能以及指令高速緩存和數(shù)據(jù)高速緩存，作為整個存儲器管理單元(MMU)的一部分。此外，容易提供一套完整的C/C++開發(fā)工具，提供可選匯編語言或者全部匯編語言適合算法優(yōu)化的編程。

　　支持RTOS

　　系統(tǒng)控制的一個重要方面是任務(wù)管理。實時操作系統(tǒng)(RTOS)逐漸地用于控制復(fù)雜系統(tǒng)中多種正在進行的和同時發(fā)生的任務(wù)。通過提供對任務(wù)調(diào)度與管理的支持，RTOS簡化了編程模式，這通常是由MCU控制的，由于普通的DSP不具備支持RTOS需要的所有功能以便有效地控制。

　　然而，統(tǒng)一的DSP和MCU促進了RTOS幾個重要功能的發(fā)展。第一個是限制訪問功能以保護或者保留存儲單元。第二個是配備單獨的堆棧和幀指針以減少操作系統(tǒng)(OS)請求以及中斷和異常處理所需的等待時間。第三個是具備單獨的用戶操作模式和管理員操作模式。過去，DSP按照等效于管理員操作模式工作，從而允許在任何時間完全訪問所有的系統(tǒng)資源。然而MCU提供類似的在用戶操作模式，它允許在OS的頂層運行應(yīng)用軟件。現(xiàn)在，在一個統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)下提供兩種操作模式，因為增強的DSP系統(tǒng)能夠限制用戶應(yīng)用軟件僅通過OS訪問系統(tǒng)資源。

　　外圍設(shè)備

　　MCU的一個優(yōu)點是包含使用靈活和種類齊全的外圍設(shè)備。作為通用的嵌入式控制器，它們通常具備可編程輸入輸出(I/O)標(biāo)志、定時器、串行接口和日益增加越來越復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)接口。MCU外圍設(shè)備的主要作用是嵌入式控制，而不是大量計算。例如，一個實時時鐘信號可以喚醒一只溫度傳感器用以采集環(huán)境溫度并且將一個延遲的信息通過I/O引腳反饋到MCU。然后，一個定時器的脈沖寬度調(diào)制(PWM)輸出相應(yīng)地能夠增加或者減小風(fēng)扇電機的轉(zhuǎn)速。

　　像MCU一樣，統(tǒng)一的DSP和MCU具備一套系統(tǒng)控制外圍設(shè)備(例如，實時時鐘、多功能定時器、監(jiān)視定時器、雙向標(biāo)志位引腳)。然而，它還包括一些高速接口(例如，PCI、異步或者同步存儲器控制器、USB、并行視頻接口)以便通過這些接口，與許多DMA通道配合快速搬移數(shù)據(jù)，從而有助于有效利用高速DSP內(nèi)核的信號處理能力。

　　電源管理

　　功耗控制一直是嵌入式控制器的一項功能。但是，當(dāng)系統(tǒng)要求DSP具有優(yōu)良的性能時，對其電源的選擇就不太理想。如果將獨立的MCU和DSP芯片應(yīng)用于電源敏感的場合，通常必須為每個芯片提供一個單獨的開關(guān)穩(wěn)壓器，因為這兩個器件的內(nèi)核電壓經(jīng)常不一致。這會導(dǎo)致降低電源變換效率和增加設(shè)計器件的引腳數(shù)目，最終增加布線的復(fù)雜程度和解決方案的成本。此外，當(dāng)MCU和DSP的內(nèi)核集成到一個芯片上時，電源解決方案本質(zhì)上不是最佳的，因為它必須滿足2個完全獨立并具有不同負(fù)載特性處理器的需求。

　　將這種情況與統(tǒng)一的DSP和MCU相比較，它包含一個集成動態(tài)電源管理(DPM)控制器。由于它是只有一個處理器的體系結(jié)構(gòu)，所以該控制器能夠完全適合給定應(yīng)用的需求。它提供幾種固有的電源模式以支持多種系統(tǒng)性能等級。另外，對于未使用的時鐘和L2存儲器可選擇性地禁止。該PLL的頻率可在一個寬范圍(通常1倍～31倍)進行調(diào)節(jié)，以滿足在DSP和MCU內(nèi)部多層次的處理需求。最后能夠調(diào)節(jié)電壓(外部或者通過一個集成的開關(guān)控制器)以提供指數(shù)式的節(jié)省功耗。

　　由于系統(tǒng)成本、開發(fā)容易、器件采購和升級能力的原因，設(shè)計工程師正趨向采用一種單芯片解決方案用于嵌入式信號處理解決方案。這種單芯片解決方案必須能夠同樣好地完成DSP和MCU的功能，所以有必要提出一種統(tǒng)一的處理器體系結(jié)構(gòu)。面對MCU的挑戰(zhàn)，比較簡單的解決方案是將MCU的功能合并到一個高性能的DSP內(nèi)核，而不是與此相反。當(dāng)今一個統(tǒng)一的DSP和MCU平臺(由Blackfin?　DSP系列產(chǎn)品說明)已經(jīng)投放市場，它將在MCU和DSP目前應(yīng)用領(lǐng)域提供許多應(yīng)用。