数字信号处理器（Digital Signal Processors，DSPs）是电信、广播、医疗图像、消费类电子以及工业和马达控制等嵌入式系统的核心器件。

开发者可以用DSP来快速处理数字化的信号，如音频、视频和传感器信号。DSP可以对数字信号流执行快速的数学运算，其运算能力是普通处理器所无法比拟的。这些数学运算从简单的加减法和乘法到复杂滤波以及信号分析功能如快速傅立叶变换（Fast Fourier Transforms，FFTs）和离散余弦变换（Discrete Cosine Transforms，DCTs）。

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DSP对问题提供了可编程的解决方案，如果没有DSP，这些问题可能只有用定制的ASIC（专用集成电路）或者FPGA（现场可编程门阵列）才能解决。从表面上来看，DSP与标准微处理器有许多共同的地方：一个以ALU为核心的CPU、地址和数据总线、RAM、ROM以及I/O端口。

DSP的特点

DSP在体系结构上与通用微处理器有很大的区别。下面是几个关键的不同点：

单周期指令：大多数DSP都拥有流水结构，它可以在一个时钟周期内执行一条语句。

快速乘法器：信号处理算法往往大量用到乘加（multiply-accumulate，MAC）运算。DSP有专用的硬件乘法器，它可以在一个时钟周期内完成MAC运算。硬件乘法器占用了DSP芯片面积的很大一部分。（与之相反，通用微处理器采用一种较慢的、迭代的乘法技术，它可以在多个时钟周期内完成一次乘法运算，但是占用了较少了硅片资源）。

多总线：DSP有分开的代码和数据总线（一般用术语“哈佛结构”表示），这样在同一个时钟周期内可以进行多次存储器访问——这是因为数据总线也往往有好几组。有了这种体系结构，DSP就可以在单个时钟周期内取出一条指令和一个或者两个（或者更多）的操作数。

地址发生器：DSP有专用的硬件地址发生单元，这样它可以支持许多信号处理算法所要求的特定数据地址模式。这包括前（后）增（减）、环状数据缓冲的模地址以及FFT的比特倒置地址。地址发生器单元与主ALU和乘法器并行工作，这就进一步增加了DSP可以在一个时钟周期内可以完成的工作量。

硬件辅助循环：信号处理算法常常需要执行紧密的指令循环。对硬件辅助循环的支持，可以让DSP高效的循环执行代码块而无需让流水线停转或者让软件来测试循环终止条件。

数据格式：除了标准的整数型格式外，DSP一般支持定点和（或）浮点数。对数据格式和精度的选择取决于应用程序所需，例如：

• 16位定点DSP可以满足语音信号处理和控制所需
• 24位和32位定点DSP可以满足高质量音频信号处理所需
• 32位浮点DSP可以满足图形和图像处理所需

本文作者David Brenan是一名具有15年以上工作经验的独立嵌入式系统开发人员。他的作品包括设计过获奖的专业数字音频产品。