如何为数字信号处理应用选择微控制器

本文讨论当您需要 MCU 充当系统控制器和数字信号处理器时应寻找的功能。

数字信号处理可以为各种产品和应用添加有价值的功能。即使是受成本、外形尺寸或进度限制的设计也可以轻松融入 DSP 的优势，因为现在工程师可以访问大量的库代码、示例项目和高性能处理器，这些处理器既便宜又相对用户友好。

真正的数字信号处理器（例如 Texas Instruments 的 C5000 系列或 Analog Devices 的 SHARC 系列）可能是一种令人生畏的设备。我主要使用德州仪器 (TI) 的 DSP，总体而言，这次体验非常高效且令人满意。然而，在那种情况下，我不必设计电路板，我也不喜欢尝试调试奇怪的系统崩溃和了解操作系统细节的过程。

毫无疑问，某些计算密集型 DSP 任务将需要真正的数字信号处理器甚至 FPGA。不过，在许多应用中，正确选择微控制器就足够了，这也是事实。本文讨论了当您想要确保您的 MCU 拥有充足的 DSP 功能时需要关注的特性和功能。

8 位、16 位还是 32 位？

这个问题并不像您想象的那么简单。一般来说，16 位和 32 位器件更适合 DSP 应用。数字信号处理涉及通常会产生大量数字的数学过程，并且您需要一个可以直接操作这些大数的处理器。

然而，8 位处理本质上并不是坏事，如果您知道将处理有限范围的数字值，那么 8 位微控制器可能是一个不错的选择。

此外，工程师通常没有时间或意愿去研究处理器的低级细节，因此很难在指定的位宽和实际计算效率之间建立清晰的联系。例如，“32 位微控制器”是否有 32 位寄存器？32 位ALU？32位地址总线？32位通信接口？“32 位”到底是什么意思？这些细节可能会影响您的决定，特别是如果您希望主要处理不需要所有这些额外位的小数字。

这种现代化的 8 位架构由 Silicon Labs 开发（图表取自本文档）。他们警告不要假设 16 位或 32 位设备将始终优于 8 位设备。

时钟速度

微控制器的时钟频率无疑是其作为数字信号处理器的优点的良好指标。但是，了解每秒时钟周期和每秒指令数之间的区别至关重要。处理器通过执行指令来完成DSP任务，因此其性能受到时钟频率和执行指令所需的时钟周期数的影响。

不幸的是，这个问题很快就变得相当复杂。一条指令所需的时钟周期数因一条指令而异，而每条指令的平均时钟周期数可以通过使用流水线架构来减少。然后，您必须考虑“每条指令的功能”量，即微控制器 A 可能只需要一条指令来完成在微控制器 B 上需要多条指令的操作。

该图传达了流水线处理器的概念。请参阅这篇文章了解更多信息。科林 ML 伯内特[ CC-BY-SA-3.0 ]。

以下是我的简短建议：如果您要比较同一系列的设备，请选择更高的时钟频率。如果您要比较具有主要架构差异的设备，请尝试找到一个可靠的规格来指示指令执行速率（表示为 MIPS，每秒数百万条指令）或每条指令的平均时钟周期数。