单片机与DSP简单比较

自从2000MCU和DSP完全分家,大家对DSP的认识多为"将部分程序固化从而实现更快处理速度的MCU"，但这个解释总是有点牵强人意。再加上目前流传着这样的一种说法：DSP取代单片机的技术和价格的市场条件已经成熟，大规模推广指日可待。真的是这样的吗？笔者不敢苟同。单片机和DSP各有所长，AVR90单片机是125纳秒一个周期（也是哈弗结构），其内部有SPI、UART等，如果用来作控制、数据采集，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较多的算法，特别是信号处理算法，那么用DSP就对了，此时单片机是不能胜任的。

自从2000年MCU和DSP完全分家,大家对DSP的认识多为"将部分程序固化从而实现更快处理速度的MCU"，但这个解释总是有点牵强人意。再加上目前流传着这样的一种说法：DSP取代单片机的技术和价格的市场条件已经成熟，大规模推广指日可待。真的是这样的吗？笔者不敢苟同。单片机和DSP各有所长，AVR90单片机是125纳秒一个周期（也是哈弗结构），其内部有SPI、UART等，如果用来作控制、数据采集，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较多的算法，特别是信号处理算法，那么用DSP就对了，此时单片机是不能胜任的。

1、单片机的简介

所谓单片机就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、时钟、定时/计数器、多种功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的还集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。单片机一般具有如下主要特点：

（1）适合实时控制和操作任务

（2）可预测的执行周期

（3）擅长中断处理，特别是外部异步事件

（4）比较多的I/O功能

（5）程序较大

（6）丰富的片上外设

单片机的开发环境完备，开发工具齐全，应用资料众多。后备人才充足。国内大多数高校都开设了单片机课程和单片机实验。

２、DSP的简介

DSP（digitalsingnalprocessor）是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字信号来处理大量信息的器件。一个数字信号处理器在一块不大的芯片内包括有控制单元、运算单元、各种寄存器以及一定数量的存储单元等等，在其外围还可以连接若干存储器，并可以与一定数量的外部设备互相通信，有软、硬件的全面功能，本身就是一个微型计算机。DSP采用的是哈佛设计，即数据总线和地址总线分开，使程序和数据分别存储在两个分开的空间，允许取指令和执行指令完全重叠。也就是说在执行上一条指令的同时就可取出下一条指令，并进行译码，这大大的提高了微处理器的速度。另外还允许在程序空间和数据空间之间进行传输，因为增加了器件的灵活性。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。由于它运算能力很强，速度很快，体积很小，而且采用软件编程具有高度的灵活性，因此为从事各种复杂的应用提供了一条有效途径。

根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特点：

（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；

（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；

（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；

（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；

（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；

（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；

（7）可以并行执行多个操作；

（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。

3、单片机与DSP的比较

目前看来，单片机比DSP应用范围更广，但是DSP比单片机功能更强大。单片机一般用于要求低的场合，如4/8位的单片机。DSP适合于要求较高的场合，DSP主要面向数字信号处理设计，而单片机主要面向系统控制应用设计。DSP是单片机的一个分支。它有专门的FFT算法需要的特殊指令，流水线指令处理。能以较高的速度进行运算。与单片机相比，DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D和采样/保持电路，可提供PWM输出。DSP器件采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍，完成一次乘加运算快16～30倍。DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先进的开发手段，批量生产测试更方便，开发工具可实现全空间透明仿真，不占用用户任何资源。软件配有汇编/链接C编译器、C源码调试器。下面是单片机与DSP的比较图。

 

	DSP	单片机	DSP的优势
总线结构	哈佛/改进型哈佛结构	冯.诺依曼结构	消除总瓶颈，运行速度更快
乘加运算	利用硬件乘法器，用单指实现	多指令实现	减少所需指令周期数
寻址方式	利用硬件数据指针，实现逆序寻址	普通寻址	大大减少FFT运算寻址时间
指令运行方式	“流水线”方式，允许程序与数据存储器同时访问	顺序运行	在单条指令执行时间相同的情况下，大大提高运算速度
指针	配置专用运算器，复合指令可以在寄存器、运算单元处理变量的同时，使用指针访问数据存储器	无复合指令功能	采用并行方式，提高数据处理能力
循环控制	利用硬件循环控制结构，实现无消耗循环控制	每次循环都将消耗机器时间	较好解决了高速运行和精简程序的矛盾
多处理系统	提供具有很强同步机制的互锁指令	无专用指令	保证了高速运算中通信和结果的完整

 

４、结论

虽然DSP功能确实很强大，但是一个产品的设计要考虑，在满足需求的情况下它的性价比。如果你作一个遥控器，选用DSP就没优势了。因为很多其他的用于遥控的单片机比他更适合用来作遥控器。单片机长于控制场合应用，DSP长于信号分析运算，本身针对了不同的需求，应该不存在互相替代的问题。不过目前这两者特点互相融合的趋势倒是越来越明显，这也将是单片机与DSP的发展趋势。在过去的几十年里，单片机的广泛应用实现了简单的智能控制功能。随着信息化的进程和
计算机科学与技术、信号处理理论与方法等的迅速发展，需要处理的数据量越来越大，对实
时性和精度的要求越来越高，在某些领域，低档单片机已不再能满足要求。
  近年来，各种集成化的单片DSP的性能得到很大改善，软件和开发工具也越来越多，越来
越好；价格却大幅度下滑，从而使得DSP器件及技术更容易使用，价格也能够为广大用户接
受；越来越多的单片机用户开始考虑选用DSP器件来提高产品性能，DSP器件取代高档单片机
的可能性越来越大。
  本文将从性能、价格等方面对单片机和DSP器件进行比较，在此基础上，以TI的MS320C2XX
系列DSP器件为例，探讨DSP器件取代高档单片机的可行性。

DSP器件与单片机的比较
1.单片机的特点
所谓单片机就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、时钟、定时/计数
器、多种功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的
还集成有A/D、D/A，如Intel公司的8098系列。概括起来说，单片机具有如下特点：
具有位处理能力，强调控制和事务处理功能。价格低廉。如低档单片机价格只有人民币几元
钱。开发环境完备，开发工具齐全，应用资料众多。后备人才充足。国内大多数高校都开设
了单片机课程和单片机实验。
2.DSP器件的特点
与单片机相比，DSP器件具有较高的集成度。DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内置
有波特率发生器和FIFO缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了A/D
和采样/保持电路，可提供PWM输出。DSP器件采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据
空间，允许同时存取程序和数据。内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件
具有高速的数据运算能力。DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍，完成一次乘加
运算快16～30倍。DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT快速傅里叶变换和滤波
器的运算速度。此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先进的开发手段，批量生产测试更方
便，开发工具可实现全空间透明仿真，不占用用户任何资源。软件配有汇编/链接C编译器、
C源码调试器。
目前国内推广应用最为广泛的DSP器件是美国德州仪器(TI)公司生产的TMS320系列。DSP开发
系统的国产化工作已经完成，国产开发系统的价格至少比进口价格低一半，有的如
TMS320C2XX开发系统只有进口开发系统价格的1/5，这大大刺激了DSP器件的应用。目前，已
有不少高校计划建立DSP实验室，TI公司和北京闻亭公司都已制订了高校支持计划，将带动
国内DSP器件的应用和推广。
3.DSP器件大规模推广指日可待？
通过上述比较，我们可得出结论：DSP器件是一种具有高速运算能力的单片机。从应用角度
看：DSP器件是运算密集型的，而单片机是事务密集型的，DSP器件可以取代单片机，单片机
却不能取代DSP。DSP器件价格大幅度下滑，直逼单片机？DSP器件广泛使用了JTAG硬件仿
真，比单片机更易于硬件调试。国产化的DSP开发系统为更多用户采用DSP器件提供了可能
性。DSP取代单片机的技术和价格的市场条件已经成熟？大规模推广指日可待？（现在吹牛
的人真是一点草稿都不打。不过DSP确实功能够强大。）

结论:使用单片机的不一定了解DSP，并且非要用DSP不可;但使用DSP的一定了解单片机，并
且能做出性价比高的产品。

附:
DSP器件的典型应用
随着DSP性能不断改善，用DSP器件来作实时处理已成为当今和未来技术发展的一个新热点。
TI公司最新推出的TMS320C2XX系列具有良好的性能价格比，基本可以取代16位单片机。其中
TMS320C203单片价格不到人民币100元，芯片内置544字的高速SRAM。外部可寻址64K字程序/
数据及I/O，指令周期在25ns～50ns之间，实时性处理比16位单片机快2倍以上，可取代一般
的单片机。

TMS320F206除了具有TMS320C203的功能外，内置32K字零等待快闪存储器，可满足单片设计
的要求，能最大限度减少用户板的体积。TMS320F240的指令、DSP核与TMS320C203、F206完
全兼容，内置8K/16K字快闪存储器，增加了两路10位A/D，每路采样频率可达166kHz，提供9
路独立的PWM输出，内置SCI和SPI接口，内置CAN总线接口。这些大大增强了TMS320X240的处
理能力，在电机控制领域显示了强大的生命力。它是一个典型的TMS320F240的用户系统，它
实现如下功能：
3相PWM输出/3相电流测量/按键控制、液晶显示/RS232通信,A/D、D/A接口,62K字零等待
SRAM,扩展的输入、输出及双向I/O口/JTAG接口