單片機與DSP簡單比較

自從2000年MCU和DSP完全分家,大家對DSP的認識多為"將部分程序固化從而實現更快處理速度的MCU"，但這個解釋總是有點牽強人意。再加上目前流傳著這樣的一種說法：DSP取代單片機的技術和價格的市場條件已經成熟，大規模推廣指日可待。真的是這樣的嗎？筆者不敢茍同。單片機和DSP各有所長，AVR90單片機是125納秒一個周期（也是哈弗結構），其內部有SPI、UART等，如果用來作控制、數據采集，只要速度要求不是太高，那么都可以用它，而且用它比用DSP方便。但是如果你的工程中有比較多的算法，特別是信號處理算法，那么用DSP就對了，此時單片機是不能勝任的。

1、單片機的簡介

所謂單片機就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時鐘、定時/計數器、多種功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。單片機一般具有如下主要特點：

（1）適合實時控制和操作任務

（2）可預測的執行周期

（3）擅長中斷處理，特別是外部異步事件

（4）比較多的I/O功能

（5）程序較大

（6）豐富的片上外設

單片機的開發環境完備，開發工具齊全，應用資料眾多。后備人才充足。國內大多數高校都開設了單片機課程和單片機實驗。

２、DSP的簡介

DSP（digitalsingnalprocessor）是一種獨特的微處理器，有自己的完整指令系統，是以數字信號來處理大量信息的器件。一個數字信號處理器在一塊不大的芯片內包括有控制單元、運算單元、各種寄存器以及一定數量的存儲單元等等，在其外圍還可以連接若干存儲器，并可以與一定數量的外部設備互相通信，有軟、硬件的全面功能，本身就是一個微型計算機。DSP采用的是哈佛設計，即數據總線和地址總線分開，使程序和數據分別存儲在兩個分開的空間，允許取指令和執行指令完全重疊。也就是說在執行上一條指令的同時就可取出下一條指令，并進行譯碼，這大大的提高了微處理器的速度。另外還允許在程序空間和數據空間之間進行傳輸，因為增加了器件的靈活性。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號，再對數字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。由于它運算能力很強，速度很快，體積很小，而且采用軟件編程具有高度的靈活性，因此為從事各種復雜的應用提供了一條有效途徑。

根據數字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：

（1）在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法；

（2）程序和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據；

（3）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；

（4）具有低開銷或無開銷循環及跳轉的硬件支持；

（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持；

（6）具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器；

（7）可以并行執行多個操作；

（8）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、單片機與DSP的比較

目前看來，單片機比DSP應用范圍更廣，但是DSP比單片機功能更強大。單片機一般用于要求低的場合，如4/8位的單片機。DSP適合于要求較高的場合，DSP主要面向數字信號處理設計，而單片機主要面向系統控制應用設計。DSP是單片機的一個分支。它有專門的FFT算法需要的特殊指令，流水線指令處理。能以較高的速度進行運算。與單片機相比，DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲器，內置有波特率發生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標準異步串口。有的片內集成了A/D和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。DSP器件采用改進的哈佛結構，具有獨立的程序和數據空間，允許同時存取程序和數據。內置高速的硬件乘法器，增強的多級流水線，使DSP器件具有高速的數據運算能力。DSP器件比16位單片機單指令執行時間快8～10倍，完成一次乘加運算快16～30倍。DSP器件還提供了高度專業化的指令集，提高了FFT快速傅里葉變換和濾波器的運算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先進的開發手段，批量生產測試更方便，開發工具可實現全空間透明仿真，不占用用戶任何資源。軟件配有匯編/鏈接C編譯器、C源碼調試器。下面是單片機與DSP的比較圖。

４、結論

雖然DSP功能確實很強大，但是一個產品的設計要考慮，在滿足需求的情況下它的性價比。如果你作一個遙控器，選用DSP就沒優勢了。因為很多其他的用于遙控的單片機比他更適合用來作遙控器。單片機長于控制場合應用，DSP長于信號分析運算，本身針對了不同的需求，應該不存在互相替代的問題。不過目前這兩者特點互相融合的趨勢倒是越來越明顯，這也將是單片機與DSP的發展趨勢。在過去的幾十年里，單片機的廣泛應用實現了簡單的智能控制功能。隨著信息化的進程和
計算機科學與技術、信號處理理論與方法等的迅速發展，需要處理的數據量越來越大，對實
時性和精度的要求越來越高，在某些領域，低檔單片機已不再能滿足要求。
近年來，各種集成化的單片DSP的性能得到很大改善，軟件和開發工具也越來越多，越來
越好；價格卻大幅度下滑，從而使得DSP器件及技術更容易使用，價格也能夠為廣大用戶接
受；越來越多的單片機用戶開始考慮選用DSP器件來提高產品性能，DSP器件取代高檔單片機
的可能性越來越大。
本文將從性能、價格等方面對單片機和DSP器件進行比較，在此基礎上，以TI的MS320C2XX
系列DSP器件為例，探討DSP器件取代高檔單片機的可行性。

DSP器件與單片機的比較
1.單片機的特點
所謂單片機就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時鐘、定時/計數
器、多種功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的
還集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起來說，單片機具有如下特點：
具有位處理能力，強調控制和事務處理功能。價格低廉。如低檔單片機價格只有人民幣幾元
錢。開發環境完備，開發工具齊全，應用資料眾多。后備人才充足。國內大多數高校都開設
了單片機課程和單片機實驗。
2.DSP器件的特點
與單片機相比，DSP器件具有較高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存儲器，內置
有波特率發生器和FIFO緩沖器。提供高速、同步串口和標準異步串口。有的片內集成了A/D
和采樣/保持電路，可提供PWM輸出。DSP器件采用改進的哈佛結構，具有獨立的程序和數據
空間，允許同時存取程序和數據。內置高速的硬件乘法器，增強的多級流水線，使DSP器件
具有高速的數據運算能力。DSP器件比16位單片機單指令執行時間快8～10倍，完成一次乘加
運算快16～30倍。DSP器件還提供了高度專業化的指令集，提高了FFT快速傅里葉變換和濾波
器的運算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先進的開發手段，批量生產測試更方
便，開發工具可實現全空間透明仿真，不占用用戶任何資源。軟件配有匯編/鏈接C編譯器、
C源碼調試器。
目前國內推廣應用最為廣泛的DSP器件是美國德州儀器(TI)公司生產的TMS320系列。DSP開發
系統的國產化工作已經完成，國產開發系統的價格至少比進口價格低一半，有的如
TMS320C2XX開發系統只有進口開發系統價格的1/5，這大大刺激了DSP器件的應用。目前，已
有不少高校計劃建立DSP實驗室，TI公司和北京聞亭公司都已制訂了高校支持計劃，將帶動
國內DSP器件的應用和推廣。
3.DSP器件大規模推廣指日可待？
通過上述比較，我們可得出結論：DSP器件是一種具有高速運算能力的單片機。從應用角度
看：DSP器件是運算密集型的，而單片機是事務密集型的，DSP器件可以取代單片機，單片機
卻不能取代DSP。DSP器件價格大幅度下滑，直逼單片機？DSP器件廣泛使用了JTAG硬件仿
真，比單片機更易于硬件調試。國產化的DSP開發系統為更多用戶采用DSP器件提供了可能
性。DSP取代單片機的技術和價格的市場條件已經成熟？大規模推廣指日可待？（現在吹牛
的人真是一點草稿都不打。不過DSP確實功能夠強大。）

結論:使用單片機的不一定了解DSP，并且非要用DSP不可;但使用DSP的一定了解單片機，并
且能做出性價比高的產品。

附:
DSP器件的典型應用
隨著DSP性能不斷改善，用DSP器件來作實時處理已成為當今和未來技術發展的一個新熱點。
TI公司最新推出的TMS320C2XX系列具有良好的性能價格比，基本可以取代16位單片機。其中
TMS320C203單片價格不到人民幣100元，芯片內置544字的高速SRAM。外部可尋址64K字程序/
數據及I/O，指令周期在25ns～50ns之間，實時性處理比16位單片機快2倍以上，可取代一般
的單片機。

TMS320F206除了具有TMS320C203的功能外，內置32K字零等待快閃存儲器，可滿足單片設計
的要求，能最大限度減少用戶板的體積。TMS320F240的指令、DSP核與TMS320C203、F206完
全兼容，內置8K/16K字快閃存儲器，增加了兩路10位A/D，每路采樣頻率可達166kHz，提供9
路獨立的PWM輸出，內置SCI和SPI接口，內置CAN總線接口。這些大大增強了TMS320X240的處
理能力，在電機控制領域顯示了強大的生命力。它是一個典型的TMS320F240的用戶系統，它
實現如下功能：
3相PWM輸出/3相電流測量/按鍵控制、液晶顯示/RS232通信,A/D、D/A接口,62K字零等待
SRAM,擴展的輸入、輸出及雙向I/O口/JTAG接口