在工业领域,DSP将要被ARM淘汰了?ARM + DSP才是更优解?
随着ARM芯片技术的高速更新迭代,越来越多工业应用场景都使用ARM架构实现,ARM既可跑操作系统(Linux、FreeRTOS等)满足复杂应用需求,亦可跑裸机满足高实时等应用需求。由于ARM生态系统十分完善,因此在人机交互、网络通信、文件系统管理方面,有着得天独厚的优势。
业界部分开发者当中,曾经有着DSP(数字信号处理器)将要被ARM淘汰的流言。那么,DSP真的要被时代抛弃了吗?暂且让我们先来盘一盘DSP的特点与优势吧。
(1)DSP芯片一般采用的是哈佛结构(Havard Structure),可同时对数据和程序进行寻址,大大提高了数据处理能力,非常适合于实时信号处理。TI公司的DSP芯片结构是改进的哈佛结构,改进之处是在数据总线和程序总线之间进行局部的交叉连接,使得允许数据存放在程序存储器中,并被算术运算指令直接使用,增强了芯片的灵活性。
(2)DSP拥有专门的指令集,主要是专门针对数字信号处理的,如通讯和多媒体处理。
(3)DSP采用专用的硬件乘法器以及快速的指令周期,它可在一个指令周期中同时完成一次乘法和一次加法,这非常适合快速傅立叶变换的需求。目前TI公司的C6000系列的C66x DSP处理器工作主频可高达1.25GHz。
(4)浮点运算DSP比定点运算DSP的动态范围要大很多。定点DSP的字长每增加1bit,动态范围过大6dB,32bit浮点运动DSP的动态范围可做到1536dB,不仅大大扩大了动态范围,提高了运算精度,还大大节省了运算时间和存储空间,为复杂算法的实时处理提供了保证。目前TI公司的C6000系列的C66x DSP处理器的浮点可高达22.4GFLOPS。
可以看到,以上DSP优势是ARM所不擅长的。在面对一些需要高速复杂的运算场景,DSP仍然拥有不可替代作用,特别是精密数控系统、机器人控制系统、测试测量仪器、能源电力监测、电力电子技术、音视频处理等工业应用领域。
面对这些复杂的应用场景,既需要ARM的强大综合处理能力,又需要DSP的强大数字信号处理能力,因此ARM + DSP也成为了工业领域很多产品的经典架构。而不是部分开发者所认为的ARM即将淘汰DSP,其实DSP一般都已经和ARM架构融合到一个SoC处理器中,各自发挥各自的优势,此时的DSP也更类似ARM的一个协处理器。
TI从2000年开始一直不断推出ARM + DSP架构SoC处理器,从以往的DM6446、DM3730、OMAPL138,到最新的AM5728、AM5708,每一款处理器都在工业应用领域大放光彩,如基于TI Sitara系列AM5728(双核ARM Cortex-A15 +浮点双核DSP C66x) + Xilinx Artix-7 FPGA处理器设计的高端异构多核开发板(TL5728F-EVM)。
下面详细介绍下TI最新ARM + DSP处理器AM5708/AM5728,它们分别由ARM Cortex-A15 + 浮点DSP C66x构成。
芯片硬件资源对比
表 1
AM5728 |
AM5708 |
2x ARM Cortex-A15,主频1.5GHz |
1x ARM Cortex-A15,主频1GHz |
2x DSP C66x,主频750MHz,支持浮点运算 |
1x DSP C66x,主频750MHz,支持浮点运算 |
2x IPU(Image Processing Unit),每个IPU子系统含2个ARM Cortex-M4核心,共4个ARM Cortex-M4核心 |
2x IPU(Image Processing Unit),每个IPU子系统含2个ARM Cortex-M4核心,共4个ARM Cortex-M4核心 |
2x PRU-ICSS,每个PRU-ICSS子系统含2个PRU(Programmable Real-time Unit)核心,共4个PRU核心 |
2x PRU-ICSS,每个PRU-ICSS子系统含2个PRU(Programmable Real-time Unit)核心,共4个PRU核心,支持EtherCAT等协议 |
1x IVA-HD Video Codec,支持1路1080P60 H.264视频硬件编解码 |
1x IVA-HD Video Codec,支持1路1080P60 H.264视频硬件编解码 |
2x SGX544 3D GPU图形加速器 |
1x SGX544 3D GPU图形加速器 |
1x GC320 2D图形加速器 |
1x GC320 2D图形加速器 |
2.5MByte On-Chip Memory |
512KByte On-Chip Shared Memory |
3x VIP(Video Input Ports),支持8路1080P60视频输入 |
1x VIP(Video Input Ports),支持4路1080P60视频输入 |
不支持MIPI |
1x MIPI CSI-2(Camera Serial Interface 2) |
1x TV OUTPUT,支持HDMI/DPI 1080P60 |
1x TV OUTPUT,支持HDMI/DPI 1080P60 |
3x LCD OUTPUT |
2x LCD OUTPUT |
3x eHRPWM |
3x eHRPWM |
3x eCAP |
3x eCAP |
3x eQEP |
3x eQEP |
1x NMI |
1x NMI |
1x PCIe Gen2,支持一个双通道端口,或两个单通道端口,每通道最高通信速率5Gbps |
1x PCIe Gen2,支持一个双通道端口,或两个单通道端口,每通道最高通信速率5Gbps |
1x USB 2.0 |
1x USB 2.0 |
1x USB 3.0 |
1x USB 3.0 |
2x 10/100/1000M Ethernet |
2x 10/100/1000M Ethernet |
3x MMC/SD/SDIO |
3x eMMC/SD/SDIO |
10x UART |
10x UART |
1x JTAG |
1x JTAG |
2x Watchdog |
2x Watchdog |
1x SATA |
不支持SATA |
1x GPMC |
1x GPMC,支持8个片选信号 |
5x I2C |
5x I2C |
2x DCAN |
2x DCAN |
8x McASP |
8x McASP |
1x QSPI |
1x QSPI |
4x SPI |
4x SPI |
核心板满负载功耗:10.1W |
核心板满负载功耗:5.1W |
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