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來源：互聯網

DSP芯片（Digital Signal Processor），即數字信號處理器，是一種適合數字信號處理運算的微處理器，其實時運行速度高于通用的微處理器，主要應用于實現實時、快速的數字信號處理算法和復雜的控制算法等。DSP芯片具有高速運算能力、低功耗、易于集成、靈活性強等特點，因此在消費電子、自動化控制、通信、儀器儀表、軍事及航空航天等方面都有它的身影。

DSP芯片一般由特殊的軟硬件結構組成，內部通常采用程序和數據獨立的哈佛結構，擁有專門的硬件乘法處理器，采用流水線操作和特殊的DSP指令對數字信號進行處理。它具有精度高，穩定性好，性能高速，可以編程，具有大規模集成性等優點。

1982年美國德州儀器推出世界上第一代DSP芯片，在實時數字信號處理領域實現重大突破。近年來，隨著通信、計算機、消費電子等行業的發展，DSP在圖形圖像處理，語音處理，信號處理等通信領域起到越來越重要的作用，對DSP芯片的需求不斷增長。2020年中國DSP芯片市場規模達到136.92億元，增長率約為10%，2022年達到156.17億元，同比增長6.8%。在當今的數字化時代背景下，DSP已成為通信、計算機、消費類電子產品等領域的基礎器件。

發展歷程

問世

20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發展，DSP技術應運而生。在DSP芯片出現之前，數字信號處理只能依靠處理速度較低的微處理器，無法滿足越來越大的信息量的高速實時要求，應用更快更高效信號處理方式的社會需求日漸迫切。70年代， DSP芯片的理論和算法基礎已成熟，但僅僅停留在理論上，即使是研制出來的DSP系統也是由分立元件組成，應用領域局限于軍事、航空航天部門。

1978年，AMI公司發布世界上第一個單片DSP芯片S2811，但沒有現代DSP芯片必備的硬件乘法器，1979年，美國英特爾公司發布了商用可編程器件2920，這是DSP芯片的一個主要里程碑，但其依然沒有硬件乘法器。

首發

1980年，日本日本電氣公司推出的MPD7720是第一個具有硬件乘法器的商用DSP芯片，被認為是第一塊單片DSP器件。

隨著大規模集成電路技術的發展，1982年美國德州儀器（Texas Instruments，TI）推出世界上第一代DSP芯片TMS32010及其系列產品，這種DSP器件采用微米工藝NMOS技術制作，功耗和尺寸稍大，但運算速度快了幾十倍。DSP 芯片的問世標志著DSP應用系統由大型系統向小型化邁進了一大步。

隨著CMOS技術的進步與發展，日本的日立制作所公司在1982年推出一個基于CMOS工藝的浮點DSP芯片；1983年日本富士通株式會社公司推出的MB8764，其指令周期為120ns，且具有雙內部總線，從而使處理吞吐量發生了一個大的飛躍。

迭代

至 80 年代中期，隨著CMOS工藝的DSP芯片應運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術的基礎。

80年代后期，TI公司相繼推出了二代和三代DSP芯片，運算速度進一步提高，其應用范圍逐步擴大到通信、計算機領域。

90年代DSP發展快，TI公司相繼推出四代、五代DSP芯片。第五代與第四代相比系統集成度更高，將DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。

拓新

進入21世紀后，第六代DSP芯片橫空出世。第六代芯片在性能上全面碾壓第五代芯片，同時基于商業目的的不同發展出了諸多分支，并開始逐漸拓展新的領域。

產品規格

運算精度

一般情況下，浮點DSP芯片的運算精度要高于定點DSP芯片的運算精度，功耗和價格也隨之上升。

一般定點DSP芯片的字長為16位、24位或者32位，浮點芯片的字長為32位。累加器一般都為32位或40位。

運算速度

MIPS（Million Instructions Per Second）：百萬條指令/秒。

MOPS（Million Operations Per Second）：百萬次操作/秒。操作包括CPU操作、地址計算、數據訪問和傳輸、I/O操作等。

MFLOPS （Million Floating 小數點 Operations Per Second）：百萬次浮點操作/秒。表征浮點DSP運算性能的重要指標。

MBPS （Million-bits Per Second）：百萬位/秒。用于衡量DSP的數據傳輸能力，通常指總線或I/O的帶寬，用于量度總線或I/O數據吞吐率。

ICY（Instruction Cycle）指令周期：執行一條指令所需時間，通常以納秒（ns）為單位。

ACS（Multiply-Accumulates Per Second）乘加次數/秒：例如TMS320C6XXX乘加速度達300MMACS~600MMACS。

麥金塔（乘法器累加器，乘法累加時間），執行一次乘法和加法運算所花費的時間：大多數DSP芯片可以在一個指令周期內完成一次MAC運算。

FFT處理時間（Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換處理時間）：即運算一個N點FFT程序所需的時間。

字長/數據寬度

一般浮點DSP芯片都用32位的數據字，大多數定點DSP芯片是16位數據字。而Motorola公司定點芯片用24位數據字，以便在定點和浮點精度之間取得折衷。

片內硬件資源

包括存儲器的大小，片內存的數量，總線尋址空間等，幾個重要的考慮因素是片內RAM和ROM的數量、可否外擴存儲器、總線接口/中斷/串行口等是否夠用、是否具有A/D轉換等。

功耗與電源管理

供電電壓一般取得比較低，通常有3.3V、2.5V、1.8V、0.9V等，以實施芯片的低電壓供電，在同樣的時鐘頻率下，它們的功耗將遠遠低于5V供電電壓的芯片。加強了對電源的管理后，通常用休眠、等待模式等方式節省功率消耗。

基本結構

哈佛結構

DSP 芯片的內部采用哈佛結構，將程序與數據分開（如右圖），并具有專門的硬件乘法器，可以用來快速地實現各種數字信號處理算法。哈佛結構將程序和數據分開存儲在不同空間內，使程序存儲器和數據存儲器相互獨立，并且獨立編址、訪問。兩個存儲器對應系統中設置的兩條總線——程序總線和數據總線，從而提高了數據吞吐量。

新型的DSP大多設置了單獨的直接存儲器（DMA）訪問總線及其控制器，在不影響或基本不影響DSP處理速度的情況下，并行的數據傳輸速度可以達到每秒百兆字節，主要受到片外存儲器的限制。

結構特點

流水線操作

由于DSP通常采用程序存儲器及其總線與數據存儲器及其總線分開的結構，所以為采用流水技術提供了極大的方便。所謂流水技術，即將各指令的抄行時間重疊起來（如右圖），第1條指令取指后，譯碼時便取指第2條指令；第1條指令訪問數據時譯碼第2條指令，同時取指第3條指令……在該技術下可以實現指令的流水作業、綜合分析、每條指令的執行時間在單周期內完成，大大提高了處理速度。

專用的硬件乘法器

DSP中設置了硬件乘法器（圖示為Scion320C2XX的硬件乘法器結構）和麥金塔（乘法并累加）一類的指令，取兩個操作數到乘法器中作乘法，并將乘積加到累加器中，這些操作往往可以在單個指令周期中完成。在數字信號處理算法中，大量存在著諸如乘法和累加的運算，使得 DSP 乘法和累加這種基本運算的速度大為提高。

特殊的DSP指令

采用特殊的指令也是DSP芯片的又一結構特點，主要包括專門為實現數字信號處理的算法而設置的特殊指令，為了能夠方便、快速地實現FFT算法，使得排序的速度大大提高。在卷積運算、數字波、快速傅氏變換、相關計算、矩陣運算等算法中，通過軟件來實現這些算法的通用計算機，往往需要若干個機器周期才能完成。為了滿足FFT、卷積等數字信號處理的特殊要求，當前的DSP大多在指令系統中設置了“循環尋址”（circular addressing）及“位倒序”（bit-reversed）指令和其它特殊指令，使操作這些尋址、排序及計算速度大大提高，單片DSP作1024點復數FFT所需時間已降到微秒量級。

快速的指令周期

哈佛結構、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成電路的優化設計，可使DSP芯片的指令周期在200ns以下。而TMS320系列處理器的指令周期已經從第一代的200ns降低至現在的20ns以下。快速的指令周期使得DSP芯片能夠實時實現許多DSP應用，并實時完成許多DSP運算。

工作原理

DSP芯片通過將接收的模擬信號轉換成數字信號，再對數字信號進行修改，刪除，強化，并將數字數據解譯回其他系統芯片中的模擬數據或實際環境格式，是利用計算機或專用處理設備，以數字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。

特點

性能特點

高效的信號處理能力：能夠快速高效地完成數字信號處理任務。

大規模的數據處理能力：可以同時處理多個數據流，支持多通道數據處理，能夠處理大規模數據。

專用的指令集和硬件加速器：通常具有專門的指令集和硬件加速器，能夠高效地執行數字信號處理算法，提高處理速度。

高精度的運算和控制：支持高精度的數字運算和控制，包括高速乘法器和高精度數值處理單元等。

易于開發和調試：開發環境和調試工具友好，使開發者可以輕松地開發和調試數字信號處理應用。

可編程性：能夠根據不同的應用場景進行編程，使其應用范圍更加廣泛。

技術特點

與傳統的 CPU相比，DSP 芯片具有諸多的技術優點：

（1）程序空間和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據；

（2）支持流水線操作，使取指、譯碼和執行等操作可以重疊執行；

（3）快速的中斷處理和硬件I/O支持；

（4）在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法；

（5）具有在單周期內操作的多個MAC地址產生器；

（6）片內具有快速 RAM，通常可通過獨立的數據總線在兩塊中同時訪問；

（7）具有低開銷或無開銷循環及跳轉的硬件支持；

（8）可以并行執行多個操作。

產品優缺點

優點

DSP系統的基礎是數字信號處理，所以具有其所有優點：①接口便捷：DSP應用系統與其他以現代數字技術為基礎的系統或設備均相互兼容，所以系統接口兼容較為容易；②易于編程：DSP應用系統中使用了可編程的DSP芯片，設計人員在開發過程中可以對軟件進行靈活地修改和升級；③可靠性好：DSP應用系統以數字信號處理為基礎，只有0和1兩種信號電平，受環境溫度、噪音和電磁干擾的影響較小；④高精度和高速度：DSP系統精度取決于A-D轉換的位數、DSP處理器的字長和算法設計等，而數字電路只要14位字長即可達到10-4。芯片的結構和集成電路的優化設計，縮短了其指令周期，能夠實時完成許多運算；⑤可重復性好：數字系統基本不受元器件參數性能變化的影響，因此便于測試、調試和大規模生產；⑥可大規模集成：數字電路的集成度可以做到很高，具有體積小、功耗低、產品一致性好等優點；⑦運算能力強：數據處理能力強大，因采用哈佛結構分開存儲程序和數據，允許重疊取指令和執行指令，提高了數據吞吐率，因此具有高度靈活性，可從事各種復雜應用。另外流水線機制能夠支持密集的乘累加運算，可同時執行多條指令；⑧低功耗：DSP器件廠家采用CMOS工藝降低工作電壓，設置IDLE、WAIT和STOP狀態等手段大幅度降低DSP芯片的功耗，因此當前的DSP芯片具有低工作電壓和低功耗的特點。

缺點

與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對較弱。DSP基于數字處理，首先需要對模擬信號進行采樣、量化，這樣必然會引入量化噪聲，因此必須考慮量化精度。對于簡單的信號處理任務（如與模擬交換線的電話接口），若采用DSP則會增加成本。DSP系統中的高速時鐘可能帶來高頻干擾和電磁泄漏等問題。此外，DSP技術的更新速度快，開發和調試工具還不盡完善。

產品分類

按基礎特性分類

按照DSP芯片的工作時鐘和指令類型來分，如果DSP芯片在某時鐘頻率范圍內的任何頻率上能正常工作，除計算速度有變化外，沒有性能的下降，這類DSP芯片一般稱之為靜態DSP芯片；如果有兩種或兩種以上的DSP芯片，它們的指令集和相應的機器代碼機引腳結構相互兼容，則這類DSP芯片稱之為一致性的DSP芯片。

按數據格式分類

按照DSP芯片工作的數據格式來分，可分為定點DSP芯片與浮點DSP芯片。即數據以定點格式工作的DSP芯片稱之為定點DSP芯片，如TI公司的TMS320C1X/C2X、TMS320C2XX/C5X、TMS320C54X/C62XX系列，AD公司的ADSP21XX系列，AT&T公司的DSP16/16A，Motolora公司的MC56000等；以浮點格式工作的稱為浮點DSP芯片。不同的浮點DSP芯片所采用的浮點格式不完全一樣，有的DSP芯片采用自定義的浮點格式，有的DSP芯片則采用IEEE的標準浮點格式。

按用途分類

按照DSP的用途來分，可分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。通用型DSP芯片適合普通的DSP應用，比如TI公司的一系列DSP芯片，而專用的DSP芯片為特定的DSP運算而設計的，更適合特殊的運算，比如數字濾波，卷積和FFT等。

應用領域

信號處理

主要用于實現對信號的采集、識別、變換、增強、控制等算法處理，是各類嵌入式系統的“大腦”。例如數字濾波、自適應濾波、快速傅里葉變換、相關運算、頻譜分析、卷積等。

通信

無線通信中由聲音信號數字化所產生的大量數據，要依靠高性能的DSP&FPGA來實現減少存儲空間和傳輸帶寬的要求，需要由DSP&FPGA來完成的任務包括視頻信號與音頻信號的編碼、解碼、彩色空間轉換、回音消除、濾波、誤碼校正、復用、bit流協議處理等。

音頻處理

DSP芯片在音頻設備中扮演重要角色，如音頻編解碼器、音頻濾波器、音頻合成器等。它們用于音頻信號的采集、壓縮、解碼、濾波、均衡、混音等處理。例如語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人辨認、說話人確認、語音郵件、語音儲存等。

圖像和視頻處理

DSP芯片在圖像和視頻處理中廣泛應用，如數碼相機、攝像頭、視頻編解碼器等，它們用于圖像和視頻的壓縮、解碼、增強、濾波、噪聲去除、圖像識別等處理。例如二維和3D軟件處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強、動畫、機器人視覺等。

工業控制

目前工業機器人廣泛應用在工業控制領域，隨著科技的發展，對機器人控制系統的性能要求也越來越高。機器人控制系統的重中之重就是實時性，機器人在完成一個動作的同時會產生較多的數據和計算處理，因此需要采用高性能的DSP。

汽車安全與無人駕駛領域

如今汽車電子系統日益繁榮，諸如裝設的紅外線和毫米波雷達將需要DSP進行分析。如今，汽車越來越多，安全防沖撞系統已成為研究熱點；而且，利用攝像機拍攝的圖像數據需要經過DSP處理，才能在駕駛系統里顯示出來，供駕駛人員參考。

軍事

DSP功耗低、體積小、實時性反應速度的特性都是武器裝備中特別需要的。如機載空空導彈，在有限的體積內裝有紅外探測儀和相應的DSP信號處理器等部分，完成目標的自動鎖定與跟蹤；再如先進戰斗機上裝備的目視瞄準器和步兵個人攜帶的頭盔式微光儀，需用DSP技術完成圖像的濾波與增強，智能化目標搜索捕獲。DSP 技術還可用于自動火炮控制、巡航導彈、預警機、相控陣天線等雷達數字信號處理中。

儀器儀表

儀器儀表的測量精度和速度是一項重要的指標，使用DSP芯片開發產品可使這兩項指標大大提高。DSP豐富的片內資源可以大大簡化儀器儀表的硬件電儀路，實現儀器儀表的SOC設計。

醫療

DSP芯片在醫療設備中具有廣泛應用，如醫學影像設備、生命體征監測設備、心電圖儀等。它們用于信號濾波、圖像處理、數據分析、實時監測等處理。例如助聽、超聲設備、診斷工具、病人監護等。

未來發展

DSP的集成

越來越多的器件需要內嵌DSP功能，實現形態包括：DSP核或硬件DSP單元。

向浮點算法轉化

隨著實時算法復雜度的增加、對更多字長江和記實業更大的動態范圍的需求、產品開發和上市時間的縮短，以及浮點算法成本的不斷下降，推動DSP定點算法向浮點算法轉化。

低功耗

DSP并非運算性能越高越好，而是需要追求性能和功耗的平衡。很多應用場景中，系統的散熱很重要，因此并不能一味追求主頻高或多核，更多需要權衡低功耗需求。

更加重視安全

物聯網時代，DSP對于軟件IP保護和安全網絡連接的需求在不斷增長，未來會更加重視安全特性。

設計考慮多樣

由于產品迭代越來越快，下游客戶需要管理的代碼越來越多，與此同時，客戶在系統集成、測試、調試方面也面臨較多的挑戰，DSP在未來的設計中需考慮的要點將更為多樣化。

DSP知名廠商及產品

知名廠商

美國德州儀器公司

美國德州儀器公司（Texas Instruments，簡稱TI）在1982年成功推出了其第一代DSP芯片Scion32010，這是DSP應用歷史上的一個里程碑。其產品應用廣泛，例如TMS320系列DSP芯片廣泛應用于各個領域。

美國模擬器件公司

美國模擬器件公司（ADI），在DSP芯片市場上也占有一定的份額，相繼推出了一系列具有自己特點的DSP芯片，其定點DSP芯片有 ADSP2101/2103/2105、ADSP2111/2115、ADSP2126/2162/2164、ADSP2127/2181 、ADSP-BF532以及Blackfin系列，浮點DSP芯片有ADSP21000/21020、ADSP21060/21062，以及虎鯊TS101，TS201S。

Motorola公司

Motorola公司推出的DSP芯片比較晚。 1986年該公司推出了定點DSP 處理器MC56001；1990年，又推出了與IEEE浮點格式兼容的的浮點DSP芯片MC96002。還有DSP53611、16位DSP56800、24位的DSP563XX和MSC8101等產品。

Xilinx公司

Xilinx（賽靈思）是可編程邏輯完整解決方案的供應商，其水準全球領先。Xilinx研發、制造并銷售范圍廣泛的高級集成電路、軟件設計工具以及作為預定義系統級功能的IP（Intellectual Property）核。客戶使用Xilinx及其合作伙伴的自動化軟件工具和IP核對器件進行編程，從而完成特定的邏輯操作。

NXP公司

恩智浦半導體（NXP Semiconductors NV，NXPI）是一家鮮為人知但規模最大的電腦芯片公司之一，不只是生產用于個人電腦或智能手機的芯片，同時也生產用于汽車系統的芯片。

華為海思

華為是中國芯片研發的巨頭，旗下設計麒麟芯片的海思半導體（Hisilicon）公司在芯片領域和5G領域持續取得突破，幾乎成為中國芯片行業碩果僅存的一家。

上海貝嶺公司

上海貝嶺是一家由IDM模式轉為無廠半導體公司模式的芯片設計廠商，定位為國內一流的模擬和數模混合集成電路供應商，通過一系列的產業并購和持續的研發投入不斷加強集成電路產品業務的核心競爭力。

常見型號

目前常用型主流的dsp芯片有TI的TMS320F28035、TMS320F28334，恩智浦半導體公司MC56F82748MLH，亞德諾ADSP-BF512，轂梁微LS-T35等型號。其中轂梁微很多型號可替代TI全系列，并且使用的是純自主正向設計，主頻更高，功耗更低，安全性更高，芯片加密保護。

TI TMS320F28035

TMS320F28035具有60MHz頻率、128KB閃存、CLA的C2000?32 位MCU，針對處理、感應和驅動進行了優化，可提高實時控制應用（如工業電機驅動器、光伏逆變器和數字電源、fcv和運輸、電機控制以及感應和信號處理）的閉環性能，同時具有較高的模擬集成度，實現了單電源軌運行、雙邊沿控制（調頻）。增設了具有 10 位內部基準的模擬比較器，可直接進行路由以控制PWM輸出。

TI TMS320F28334

具有150MIPS、FPU、256KB閃存、EMIF、12位ADC的C2000? 32位MCU，針對處理、感應和驅動進行了優化，可提高實時控制應用（如工業電機驅動器、光伏逆變器和數字電源、fcv和運輸、電機控制以及感應和信號處理）的閉環性能，適用于具有嚴格要求的控制應用且高度集成的高性能解決方案。

恩智浦 MC56F82748MLH

MC56F82xxx DSP MCU系列面向高效數字電源轉換（MC56F827xx）和高級電機控制（MC56F826xx）應用。在運行時具有出色的功耗，提供一半的功率和兩倍的性能，適用于高能效應用，具有出色的性能、精度和控制力。通過限制用戶代碼訪問為管理引擎訪問保留的關鍵存儲器位置和外設來提高系統安全性。

亞德諾 ADSP-BF512

ADSP-BF512是Blackfin處理器系列產品中的低成本切入點，完美均衡了性能、外設集成與價格，非常適合對成本極為敏感的應用，包括便攜式測試設備、嵌入式調制解調器、生物識別，以及消費類音頻產品。擁有高性能的16/32 bit Blackfin嵌入式處理器內核、靈活的高速CPU緩存架構、增強的DMA子系統，以及動態電源管理（DPM）功能。

轂梁微 LS-T35

“麓山”控制型DSP芯片LS-T35采用國內領先的正向設計技術，硬件和軟件都可原位替換同檔次進口芯片，并且進一步優化進口芯片的性能、功耗、可靠性等關鍵指標，消除進口芯片存在的數據安全漏洞和設計缺陷，自主可控，安全可靠，能夠滿足國產化替代急需，在汽車電機驅動與控制系統、工業電機與混頻器、工業機器人、電力汽車傳感器、光伏逆變器等領域都有廣泛的應用。

參考資料 >

dsp芯片的應用場景介紹.中國電子網.2023-06-24

什么是dsp芯片?dsp芯片的工作原理?dsp芯片的應用?.ICRoom.2023-06-24

入門:你了解DSP芯片嗎?它的作用是什么?.AET電子技術應用.2023-06-24

2022年DSP芯片行業發展格局及市場規模分析.中研網.2023-06-24

單片機與dsp優缺點.海特芯微.2023-06-24

東興證券:國防軍工行業專題報告:深度解析國睿四創背后的DSP芯片.東興證券.2023-06-24

DSP芯片行業發展現狀及市場規模分析2023.中研網.2023-07-15

2022年中國DSP芯片市場規模預測及應用情況分析(圖).中商產業研究院.2023-06-24

DSP的發展歷程.中國儀表網.2023-06-24

如何選擇DSP芯片?DSP芯片需要考慮8個方面.中國電子網.2023-06-24

dsp.ICGOO.2023-06-24