DSP芯片的主要任务是面向实时数字信号处理,强调处理的高速性,为此在结构、指令系统、指令流程上,比普通微处理器均做了很大的改进。目前,主流DSP芯片通常具有如下主要特点:
(1)采用哈佛结构。DSP芯片普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构或改进的哈佛结构,可以同时访问指令和数据,比传统处理器的冯·诺伊曼结构有更快的指令执行速度。
(2)采用多总线结构。DSP芯片都采用多总线结构,可同时进行取指令和多个数据存取操作,并由辅助寄存器自动增减地址进行寻址,使CPU在一个机器周期内可多次对程序空间和数据空间进行访问,大大地提高了DSP的运行速度。
(3)采用流水线结构。利用这种流水线结构,使得取指、译码、取数、执行、存数等操作可以重叠进行,平均说来多数指令可以在一个机器周期内完成。
(4)配有专用的硬件乘法-累加器。DSP芯片都配有专用的硬件乘法-累加器,可在一个周期内完成一次乘法和一次累加操作,从而保证在单指令周期内完成数字信号处理中用得最多的乘法-累加运算。
(5)具有特殊的寻址方式和指令。为了满足信号处理的需要,在DSP的指令系统中,设计了特殊的寻址方式和指令。如:循环寻址方式可以使得信号处理中常用的卷积、相关、FIR滤波等算法容易地实现,位反转寻址方式使得FFT算法的效率大大提高,FIRS和LMS指令专门用于完成系数对称的FIR滤波器和LMS算法。
(6)支持并行指令操作。某些指令如装载和存储、存储和加/减、存储和乘法、装载和乘法等可以并行执行,可以充分利用流水线特性,提高了代码执行效率。
(7)硬件配置强,具有较强的接口功能。片内除了具有串行口、定时器、主机接口(HPI)、DMA控制器、软件可编程等待状态发生器等电路外,还配有中断处理器、PLL、片内存储器、测试接口等单元电路,有的还有USB接口、模数转换(ADC)、看门狗定时器(Watchdog)、实时时钟(RTC)、多媒体卡控制器(MMC)等电路,可以方便地构成一个功能完善的嵌入式DSP应用系统。
(8)支持多处理器结构。为了满足多处理器系统的设计,许多DSP芯片都采用支持多处理器的结构。如:TMS320C40提供了6个用于处理器间高速通信的32位专用通信接口,使处理器之间可直接对通,应用灵活、使用方便。