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1、第四卷第一期年月信号处理,她单片数字信号处理集成电路器件的 现状与展望宣士徒回呀下武汉船舶通信研究所摘要本文概述了各类刃器科一以发展现状,剖析了单片通几刃爆件民四代产刀性能,介绍 了若干种单片专用器件,最后对各类器件的未来发展特户尊进行预测和分析,提出我国发展器件的对策设想。一、器件的发展现状随着技术的蓬勃发展,各类通用微处理器和专用处理器的体系结构设计正在突破传统的冯诺依曼结构。在专用处理器 中,最引人注 目的是各种可编程序的数字信号处理器件,它们纷纷采用流水线结构和高度并行的机构,诞生了功能很强的系列,许多厂家还采用专用与半专用工艺方法,在系统一级上实现数字信号处理功能。产品通常可以分 为
2、五大类单片通用处理器,多片式专用诸如乘法器、和微码时序产生器等,专用阵列和半专用阵列,特殊体系结构的阵列如心脏收缩式阵列,板级与台式数学信号处理机诸如数列处理机等。就当前的水平而言,在这五类中以通用器件的成本最低,软件支持最为丰富,能使用汇编语言或 高 级语言进行程序设计,然而其性能稍差。使用第二类器件可以提高系统的性能,但是成本要比通用器件增加十倍左右。专用或半专用阵列的性能好成本低,但是软件支持非常。特殊体系结构的阵列性能最好,但是可执行的算法非常有限。器件的市场过去主要由几家大公司所垄断,如、等。现在已经发展到、富士通、日立、一、松下、东芝等公司,而且器件的售价已降到二 十美元以下。在今
3、后几年内将普及到中、低档商用产品,诸如消费品和工业品之类的日用产 品中,并且能够直接与中、低档的位片式微处理器。系净红等竞争。总的来说,器件仍然主要应用于高档场合,诸如机器人,军事电子设备、航空设备、图像处理、通信技术等领域参见表。由于计算速度的要求,过去的器件多半采用双极型工艺制造,周期时间在之间,时钟可达巧。随着高性能高,密度工艺的进展,使得器件 的设计达 到门阵的水平相当于十万个晶体管,而功耗的降低则 意味着器件可以更加灵活,应用范围更加扩大,广泛涉及国防、工业和消费等领域。在广泛采用干艺的情况下,器件逐步向四个方面发展用工艺制造低速与中速通用单片第一期单片数字信号处理集成电路器件的现伏
4、与 展华。衰器 件的应用领 域通用数字信号处 理通信领域语声处理图像处译数宁滤波相关 窗门叮自适应滤波波形产生语音处理雷达与声纳信号处拜电 子对抗地震处理翔适电均衡犷频通信之时产生器牧据加密与捣弄信号调制与解调牧字滤成数据压缩障音存储与转发模式识别语音合成与识别 图像增强话音分 析雷达与 声纳处,理下 巫下砚三 步贞诺分析算术协处理机器人数字滤波定标导弹制导锁相环路双情度运算电机控击波形产生快速乘除运算反馈控制瞬态分析器件,用与工艺制作专用单片器件,用与双极型工艺制造高档多片积木式器件,用 半专用标准单元和 门阵工艺双极型或更多地用制造 限定应用场合的器件,用于 中高档领域。在 这种飞速发展的
5、形势下,最早 问世 的七,和一的召正在被 淘汰,的协了 。也正在被的。所取 代并且还推出了采 用新体票鲜、构 的专用器件林。公 司的已被所取代并且推 出了的、出州,。和。短短的儿年时 间,器件已经发展到第四代。由于篇幅关系,乍足将集中论述单片器件的现状与发展,而不涉及各类 多片式器件。二、单片通用器件的性能分析,从第一代到第二代的飞跃单片器件的第一代诞生于年,其代表是公司的和公司的 称,公司的件和 贝尔实验 室 的都诞生于年。最早的第二代产品是年问世的公司。,同年问世的还有日立公司的。富士 通的和公司的一是年推出的,年则有的间世。的。系列有和理和逐两代,图所示为。的内部结构。与。相比较,。的速
6、魔得到了提高乘法累加运算从 叨提高到,时钟速率为,内部存储器 的容量也有了较大的增加,辅助寄存器也从两个增加到 五个,此处还增加了片内的多处理器硬怜和串行接口。然而这两种器件的功耗都比较大,功能也不 十分完全。为了和系列竞争,日本富士通公司推出的在以下几个方面都比,强速度睐,可以在。周期时间内完成乘法累加运算,比“。快一倍,比快三倍,功铃比,别低三分之一访问片外存储器比快,因为它有四条总 线,而多。只有两条,可以在算术运算的同时并行进行操作,因此可以从变换器之类的扑承中存取攀辑面不必中断算逻单元,但是“。在从外设存储数据时必须使算逻单 元中。第四卷序遨伐盛介么 毛曰口自口目盛仓叹合企,几 月仪
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8、运算所必须的桶式移位器缺少软件支持,目前只有仿真程序。鉴于以上缺点,理尚未用于低档的调制解调器和其他通信应用场合。第三代器 件的特点年以来,各半导体厂家陆续推出各种低价的高速器件,这就是所谓第三代器件,它们都是。系列 和之类第二代器件在技术上的新发展。由于这一代产品的性能先进,功能很强,因此 即使是初出茅庐的工程师也会应用。这一代器件的共同特点是体系结构更复杂,能更充分地实现各种算法外部总线加宽,对程序存储器和数据存储器的寻 址能力也更大,指令系统得到扩大,指令周期时间 包括乘法运算大都低于。甚至出增加了桶式移位器和多个工作寄存器大部分产品都采用更精 密 的工艺制造,有些 具有。系列 和的托
9、位定点字长,有些则有位定点和位浮点字长,而且都适合于移动通信和 电讯应用的高档场合,目前已推出的第三代器件有公司的,公司 的抖,公司的,。第一期单片数字信号处理集成电路器件的现状与展塑之之叁叁郑郑郑郑郑郑郑郑郑郑郑郑郑郑 冲冲冲冲雪纂夏夏夏夏夏夏夏夏夏夏夏夏夏夏夏夏夏姿姿。魏魏 趋趋气盛拼拼拼拼 二二二二二一塑塑处处八八八洲 八八八布八八八八八八八八八八八八八八八八八八八八八八八八八八八 冲冲之之之创竺竺竺二二二试汤汤翼葺葺徽雹雹礴公公 琪琪尺 巴巴巴卿 茹茹茹长三三三葵尽尽莽忿忿 期期 翻翻翻夕弈弈弈月切甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲甲 翻翻翻翻片二李李李勺 写 月二儿
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15、它们在执行点复数的速度上 同前两代产 品加以对比第一代的林需要。,第二代的需要,的需要,需要。然而只 需 要巡,只需要,林只 需要,仅需。,仅需,而。降到只有参见表。预计这一代产品将要流行相当长的一段时间。第四代器 件的峨起第四代低功耗通用一单片器件的典型代表是公司的和公司的向量信号处理器。是一种位的通用,速 度为,它与第三代的。 。每种功能都相 同,不同之处是多了一个字的全速捍序简称和两个可贡新编程的数据。由于是全速操 作的,因此不必 和外部数据存储器访问相争。程序可以动态改变,因此可以有效地修 改和套用的软件算法。山于片内还有专用的引导硬件,因而很容易将用户程序装入,还可以使没计人员很容易从单字节宽的或通过与卜主机接口预置。片 内的可以用件律和律到线性变换 表去预先编程,以便与标准的编译码器带滤波器和 时分多路网络接口。片内的则用字正弦表预先编积,用于波形产生、和。片内还有型外围包括串行通信接口,同步串行接口和主机接口。提供与其他器件、林或调解器之类外设串行通信的全双工异步口。通信可以直接进行或通 过线路完成。是一种非常灵 活的全双工串行口,允许与各类串行设备诸如一片或多 片工业标准的编译码器
