回顧數(shù)字信號處理(DSP)技術的發(fā)展史，我們可以看到，DSP的發(fā)展大致經(jīng)歷了五個階段：

(1)雛形階段。世界上第一個單片DSP芯片應當是1978年AMI公司發(fā)布的S2811，1980年，日本 NEC公司推出的μPD7720是第一個具有乘法器的商用DSP 芯片。

(2)第一代真正意義的DSP。1982年TI公司推出的TMS320ClO是第一代DSP的代表，它是16位定點DSP，首次采用哈佛結構，完成乘累加運算時間為390ns，處理速度較慢。

(3)第二代DSP。1987年Motorola公司（后分離出Freescale半導體公司）推出了24位定點DSP芯片——DSP56001。ADI公司的ADSP-2100、TI公司的TMS320C50、AT&T公司的DSPl6A等也都是第二代DSP產(chǎn)品的典型代表。

(4)第三代DSP。包括第三代定點（ADSP-2180、TMS320C541、DSP56301等），這些產(chǎn)品改進了內(nèi)部結構，增加了并行處理單元，擴展了內(nèi)部存儲器容量，提高了處理速度。同時期還出現(xiàn)了功能更強的32位浮點，如ADI公司的ADSP-21020，TI公司的TMS320C3X等。

(5)第四代DSP。過去幾年業(yè)界推出了性能更高的第四代處理器并不斷衍生更多產(chǎn)品，如ADI公司的32位浮點處理器SHRAC系列一代（ADSP2106X）、二代（ADSP2116X）、三代（ADSP2126X、ADSP2136X）以及最新的第四代SHARC系列ADSP2146X等，成為通用DSP技術發(fā)展路線上的又一座分水嶺。

從ADI SHARC產(chǎn)品組合可以看到：在速度、性能、集成度和I/O吞吐率等方面，第四代DSP比前一代DSP又有跨越式的增強。SHARC支持高性能32位和40位擴展浮點運算以及32位定點運算，速度最快的SHARC處理器的內(nèi)核時鐘頻率最高可達450 MHz，處理能力達到2700 MFLOP（SHARC 2146x系列），而且片上外設也越來越豐富。它們正在為諸如工業(yè)控制、專業(yè)音響、汽車音頻、醫(yī)療電子等對信號處理品質(zhì)要求非常嚴苛的高端應用提供核心動力，為人類生活創(chuàng)造更多精彩。

第四代通用DSP的典型先進特性

強大的運算處理能力。SHARC處理器的高運算性能來自SHARC內(nèi)核采用的一種單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）架構。此架構包含兩個能夠并行執(zhí)行代碼的運算單元，這意味著用戶可以在這兩個運算單元中于同一周期內(nèi)執(zhí)行相同的指令。單周期執(zhí)行雙乘法和ALU運算是SHARC處理器的特點之一，而且在單周期內(nèi)還能完成雙讀或雙寫數(shù)據(jù)以及取指令操作。為了保持這種單周期操作性能，內(nèi)核和存儲器之間存在很寬的帶寬。SHARC的一些浮點優(yōu)勢，如浮點運算可以減少量化誤差，還能實現(xiàn)更高的精度和更大的動態(tài)范圍，這對濾波器等應用來說是很有幫助的。

SHARC上集成了最多達67個零開銷DMA通道的直接存儲器訪問引擎。這個引擎在移動數(shù)據(jù)時無需內(nèi)核干預，因為DMA傳送期間可以同時傳送代碼和數(shù)據(jù)，而且在傳送過程中還能自動打包8、16、32、40或48位數(shù)據(jù)。這也為提高系統(tǒng)處理性能立下了汗馬功勞。

大容量片上存儲器。在片上存儲器結構方面，SHARC處理器具有很大容量的內(nèi)部RAM和ROM(例如，ADSP 2146x擁有5Mb的最大容量片上SRAM和4Mb的金屬掩膜編程ROM，如圖1所示)。片上RAM和內(nèi)核的運行速度是一樣的，因此在代碼和數(shù)據(jù)訪問期間可實現(xiàn)零等待狀態(tài)。

無縫連接外部存儲器。SHARC上的外部存儲器接口允許連接SDRAM、SRAM和并行閃存甚至最高達2Gb DDR2 DRAM，而且是無膠合連接，此外還可以從閃存器件啟動SHARC器件本身。在連接SDRAM時，SHARC處理器支持64Mb至512Mb、配置為4、8和16位寬的器件。目前SHARC通過16位或32位寬總線對此進行連接。

豐富的外設。SHARC上內(nèi)置了大量的外設，其I/O處理器中包含數(shù)字音頻接口（DAI）和數(shù)字外設接口（DPI）。數(shù)字音頻接口包括了眾多的外設，如精確時鐘發(fā)生器、采樣率轉(zhuǎn)換器、S/PDIF接口、串口等。數(shù)字外設接口同樣包含整套外設，如SPI端口、兩線接口、UART和定時器。

強大、易用的開發(fā)工具。CROSSCORE是ADI公司的軟硬件開發(fā)工具產(chǎn)品線，其中包括了VisualDSP++集成開發(fā)和調(diào)試平臺、模擬器、評估板或EZ-KIT Lites、一些子卡或EZ-Extender卡。VisualDSP++中集成的SHARC專用編譯器能夠充分發(fā)揮SHARC的SIMD架構優(yōu)勢，而且支持單周期執(zhí)行的浮點運算。VisualDSP++中的仿真器無需硬件就能支持應用軟件的開發(fā)。VisualDSP++中還包含了VDK或?qū)崟r操作系統(tǒng)內(nèi)核及調(diào)度器。硬件工具EZ-KIT Lites是一種很好的評估平臺，價格不貴，可以用它來編程和開發(fā)SHARC上運行的軟件。這些評估板通過USB模擬器連接VisualDSP++環(huán)境。

家庭影院、專業(yè)音頻模塊供應商Lab X 技術公司總裁兼設計工程師Lee Minich曾評論到，“SHARC架構非常簡單易用，VisualDSP++開發(fā)工具功能強大，C/C++編譯器性能非凡。代碼非常容易理解和優(yōu)化。必要時我們可以在匯編器處理代碼，并使用高級語言（C語言）編寫非性能關鍵的代碼。我們希望在C編譯器等高級語言以及基本的匯編代碼之間進行轉(zhuǎn)換。我們選擇SHARC處理器，因為它為我們提供高級且用戶友好的開發(fā)工具，而且可以利用C 語言和匯編語言進行開發(fā)?！?/P>

兼容、靈活、高集成度實現(xiàn)高成本效益。SHARC一直以來保持的一大優(yōu)勢特性，即兼容性。許多SHARC器件都被設計為引腳兼容，因而使用戶在需要更高性能時可方便地更新?lián)Q代，或者將目標產(chǎn)品轉(zhuǎn)向較低的性能以擴充產(chǎn)品體系。另外，SHARC使用信號布線單元（SRU）單元來減少引腳數(shù)量，從而降低器件成本。所有外設集成在SHARC上，由用戶決定他們的應用中要使用哪些外設，再通過SRU把引腳引出來。另外，如前所述，SHARC還集成了大容量存儲器和豐富外設，可簡化硬件設計、最小化設計風險，這也能幫助設計者降低總系統(tǒng)成本，縮短設計周期。

高可靠性。針對汽車應用和其它高溫應用場合，用戶可以選用SHARC系列中能工作于最高達105℃環(huán)境溫度下的產(chǎn)品，最低工作溫度可達到-40℃。

特別值得一提的是，最新一代SHARC 2146X還是SHARC系列中第一款采用65nm工藝制造的處理器，除了擁有迄今為止所有SHARC處理器中最高的內(nèi)核時鐘頻率，還還具備一些新的特性和更多不同的集成式外設，如支持可變指令長度執(zhí)行，可使代碼規(guī)?？s小20%～30%；提供到16位 DDR2 SDRAM的無縫接口，能夠連接到更快的外部存儲器；還提供3個專用硬件加速器，每一個都是專用于執(zhí)行FFT、FIR和IIR算法，每個加速器都有自己專用的計算單元和自己專用的局部存儲器獨立于（處理器內(nèi)存）；同時集成了熱敏二極管以及專門為汽車應用開發(fā)的媒體局域總線(簡稱MLB)等。2146X在資源方面保持了與以往SHARC處理器系列(包括2136x和2137x)的后向兼容，并且增強了許多新的指令，主要目的是幫助編譯器和代碼生成工具優(yōu)化和生成更好的代碼。

SHARC成就最廣泛的高性能浮點運算應用

上述非凡特性使得SHARC非常適合用于以下甚至更多的高性能應用：從數(shù)字家庭、家庭影院系統(tǒng)和高清DVD到專業(yè)音響系統(tǒng)中的混頻器、放大器和合成器；醫(yī)療、測試測量及控制等工業(yè)與儀器儀表，在全球贏得了這些領域領先設備制造商的信賴。另外，在汽車應用中，很多音頻放大器也采用了SHARC。在中國，SHARC也正在贏得更多Design-win，包括電力線保護、風能應用中的風電設備、頻譜分析儀等儀器儀表、醫(yī)療應用中的各種病人監(jiān)護和生命維持、化學分析設備以及專業(yè)音頻設備等。下文就以SHARC在全球最新的部分客戶案例對其典型應用做個梳理和分析，為您的設計選型提供參考。

圖2所示為風能大國——西班牙的Ingeteam公司Ingecon?CleanPower系列風電產(chǎn)品控制單元系統(tǒng)框圖。Ingecon CleanPower是一個新的電氣拓撲，它通過解決諧波失真、顫動和紋波等變速風力機常見問題來精確地控制提供給電網(wǎng)的電能。所有控制算法都由ADI公司最先進的32位浮點SHARC處理器（包括ADSP 21363和ADSP 21469）執(zhí)行。在此系統(tǒng)中，整流器和逆變器必須同步運行，逆變器側的SHARC處理器讀取和執(zhí)行整流器側SHARC的數(shù)據(jù)采集模塊，兩邊的SHARC處理器和FPGA共享多處理SHARC總線。對于電力等工業(yè)控制市場，如前所述，最新一代SHARC ADSP 2146X系列最新引入了DDR2 DRAM控制器、接口和熱敏二極管，而且還引入了精確時鐘發(fā)生器(PCG)，使之在這一市場領域占據(jù)更大的優(yōu)勢。

Ingecon CleanPower控制單元中的數(shù)字信號處理器用來實時執(zhí)行控制算法，因此所選的DSP需要滿足一系列要求：復雜的控制算法使得浮點處理器必不可少，速度對于必須在100微秒以內(nèi)執(zhí)行的實時處理運算而言是至關重要的。另一個必備條件是充足的處理器內(nèi)部存儲器，原因包括以下幾點：必須避免控制單元處于等待狀態(tài)，因為等待狀態(tài)會延遲處理。此外，內(nèi)部存儲器可以減少外部器件數(shù)，從而最大程度地減少電路板設計中的EMI問題。SHARC處理器允許開發(fā)工程師以極其靈活的方式將內(nèi)存分隔成數(shù)據(jù)內(nèi)存和程序內(nèi)存，這樣今后可以在不改變硬件的情況下改變應用。

Ingeteam公司的一位高級工程師表示：“SHARC的快速執(zhí)行能力還使我們的應用能同時控制更多的設備，這樣我們就可以將省下的資金投入到新增的功能中”。因此，Ingeteam公司還將SHARC處理器用于其Ingedrive轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品線的下一代控制單元中，該轉(zhuǎn)換器系列是多種用于工業(yè)、航海和基礎設施應用的中等功率和大功率交流和直流整流器。

近幾年來中國風電事業(yè)發(fā)展速度迅猛。截至2008年底，中國風電機組累計裝機超過1200萬千瓦，成為僅次于美國、法國、西班牙的風電裝機超千萬千瓦的風電大國。據(jù)估計，到2020年，中國風能裝機容量將超過１億千瓦，屆時將成為全球風能開發(fā)第一大國。ADI的SHARC DSP正在為本地的龍頭風電制造企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品自主創(chuàng)新提供核“芯”動力，幫助他們在這個潛力巨大的市場搶占更多商機。

而在音頻處理應用方面，SHARC處理器一直被公認為高品質(zhì)音頻處理的黃金標準，傾倒了世界諸多頂尖專業(yè)音頻設備制造商，其中包括致力于為吉他彈奏者提供在高音質(zhì)和范圍、風格及品牌聲望等方面占據(jù)“統(tǒng)治地位”產(chǎn)品的Damage Control工程公司。當Damage Control公司開發(fā)其TimeLine與Glass Nexus混合模擬/DSP產(chǎn)品線時，公司對音頻處理器的DSP市場進行了一次徹底調(diào)查。他們希望處理器在音頻保真和動態(tài)范圍方面具有優(yōu)異性能，以靈活地實現(xiàn)他們利用高級語言編程的音頻效果算法。Damage Control公司選擇了ADI公司的SHARC ADSP 21369處理器。21369是專門針對高性能音頻應用而優(yōu)化的32/40位浮點處理器優(yōu)化，內(nèi)核指令速率為400MHz（2.5ns），內(nèi)置2MB的片上SRAM，6Mb掩膜可編程ROM，多重內(nèi)部總線可消除I/O瓶頸，并可獲得完整的CROSSCORE ?軟件和硬件開發(fā)工具支持. Damage Control公司技術副總裁Dave Fruehling指出：“SHARC處理器的性價比、設計靈活性、開發(fā)工具，以及ADI公司享有盛譽的技術支持，都給我們留下了深刻的印象?！?/P>

Damage Control公司的TimeLine（圖3左）是一款立體聲參數(shù)延遲產(chǎn)品，它提供連續(xù)控制，以產(chǎn)生移相、合聲、鑲邊、顫音、回聲、長延遲和反相延遲等效果。它利用音樂聲音濾波器、直接及拖尾控制來提供無限可能性。TimeLine還提供經(jīng)典12AX7電子管的豐富熱情以及模擬干聲路徑。吉他演奏者可以存儲并調(diào)用8個設置，或在下一級控制中使用MIDI功能。Glass Nexus高級調(diào)制效果踏板（圖3右）實現(xiàn)了定制調(diào)制與動態(tài)處理和混響的完美結合。SHARC浮點處理與雙12AX7電子管的結合，能夠確保最高水平的保真度和音感。Glass Nexus還具有預置存儲及MIDI功能。

另外，SHARC也在家庭影院、汽車音響等音頻應用領域創(chuàng)造了一個又一個輝煌。例如，以高品質(zhì)音響設備著稱的 Fujitsu Ten公司為在汽車駕駛室環(huán)境中提供高性能輸出、先進的聲音均衡效果和出眾的音質(zhì)，選擇了SHARC ADSP 21364作為數(shù)字信號處理引擎來增強其音頻放大器的性能。SHARC處理器出眾的內(nèi)核性能、靈活的連接選項及集成的音頻專用外設使Fujitsu Ten公司可以克服汽車駕駛室頗具挑戰(zhàn)性的聲音方面的限制條件，提供傳統(tǒng)的原廠汽車放大器無法匹敵的汽車音響體驗。利用高性能SHARC DSP架構來實現(xiàn)其領先的“聲音空間控制技術”，F(xiàn)ujitsu Ten公司的功率音頻放大器以先進的聲音均衡能力和生成完美音質(zhì)的音效處理能力超越競爭對手，傲居行業(yè)領先地位。

SHARC處理器支持40位擴展精度浮點運算，具有獨特的、帶有大型片上SRAM的超級哈佛架構，以及帶有多條內(nèi)部總線的獨立DMA引擎，消除了I/O瓶頸。處理器包含兩個計算處理部件，可以作為單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）引擎，可以高效地執(zhí)行運算密集的信號處理算法。而醫(yī)療電子設備正是運算密集型典型應用之一，借助SHARC，應對醫(yī)療應用中的復雜算法就變得游刃有余。目前SHARC已被用于脈搏測氧、聽力測試、病人監(jiān)護、化學（實驗室）分析等多種醫(yī)療保健設備中。圖4中，中國本土成長迅速的一家知名醫(yī)療電子設備制造商在其多款產(chǎn)品中采用SHARC作為核心數(shù)字信號處理平臺。

美國醫(yī)療技術公司Masimo專門從事先進的醫(yī)療信號處理技術和產(chǎn)品的開發(fā)、授權和銷售，用于實現(xiàn)病人生命跡象的無創(chuàng)式監(jiān)測。Masimo SET脈搏測氧法是脈搏測氧法行業(yè)的“標桿”，因為它具有別人無法超越的精確執(zhí)行能力。該公司推出的Rainbow SET Rad-57脈搏CO-血氧計?，是一種可以精確測量血液中CO含量的儀器，基于該公司的信號抽取技術（SET），這種方法結合了專用信號處理算法和創(chuàng)新的傳感器技術用于捕獲、處理和報告動脈氧含量和脈搏速率。驅(qū)動器件的信號處理引擎正是來自ADI公司的具有代碼保護ROM的SHARC處理器，其浮點運算能力可以提供Masimo算法所需的精度和準確度。

SHARC的SIMD架構使Masimo可以在非常短的時間內(nèi)執(zhí)行大量的數(shù)學密集的算法。這意味著處理器能夠更長時間內(nèi)工作在低功耗模式下，這樣就降低了功耗，并且可以用四節(jié)“AA”電池即可將工作時間提高到8小時。

Masimo還利用了SHARC處理器的大量片上特性，如片上掩?？删幊谭且资訰OM（4Mb），兩個數(shù)據(jù)地址發(fā)生器（DAG1、DAG2），一個帶有指令緩存的程序序列器，一個能夠支持在內(nèi)核處理器周期內(nèi)在存儲器和內(nèi)核之間進行4個32位數(shù)據(jù)傳輸?shù)腜M和DM總線，三個帶有PWM發(fā)生、PWM捕獲/脈沖寬度測量的可編程間隔定時器，片上SRAM（3M位），以及外部時間計數(shù)器能力，一個支持到片外存儲器外設的接口的8或16位的并行端口和一個JTAG測試訪問端口（TAP）。

SHARC的眾多集成外設/接口均成為CO-血氧計單元的信號鏈的組成部分，如同步串行接口(簡稱為SPORTS)、DMA控制器、串行外設接口（SPI）串行端口和數(shù)字音頻接口等等。

此外，SHARC處理器與其它同系列的SHARC處理器源代碼兼容，因此Masimo無需重寫為以前的應用所編寫代碼，即可在新處理器上運行，這樣就節(jié)省了成本，加快了上市速度。