dsPIC芯片的產(chǎn)生及與PIC16F87X的比較

　1 dsPIC的產(chǎn)生
　　目前，在自動檢測、控制等領(lǐng)域正掀起應(yīng)用DSP的熱潮。DSP（Digital Signal Processor）即數(shù)字信號處理器，是在數(shù)字信號處理的各種理論和算法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，用于完成各種實(shí)時數(shù)字信息的處理。20世紀(jì)80年代初，隨著微電子技術(shù)的展，DSP就應(yīng)運(yùn)而生了。DSP器件的出現(xiàn)，使得各種數(shù)字信號處理的算法得到了實(shí)現(xiàn)。DSP器件不但使數(shù)字信號處理得到了實(shí)際應(yīng)用，而且還拓寬到了系統(tǒng)控制領(lǐng)域，從而誕生了一大批新型的電子產(chǎn)品。DSP技術(shù)的迅速普及，也為今天的信息高速公路建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。
　　DSP器件的數(shù)字信號處理大致有如下特點(diǎn)：①可程控，可以只設(shè)計一個硬件配置，然后設(shè)計各種軟件來執(zhí)行多樣的信號處理任務(wù)；②穩(wěn)定性好，沒有時漂、溫漂；③可重復(fù)性好，無論多少臺計算機(jī)去計算同一序列的和，都會提供一模一樣的結(jié)果；④易于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)算法；⑤基于大規(guī)模的集成電路。
　　這樣就不難看出，單片機(jī)和DSP各有特點(diǎn)。前者控制功能強(qiáng)，后者數(shù)字信號處理能力強(qiáng)，因而，將高性能16位單片機(jī)加上DSP功能，就產(chǎn)生了 dsPIC芯片。DsPIC是一種將單片機(jī)的特征同數(shù)字信號處理器（DSP）的能力結(jié)構(gòu)在一起的器件。它在異步事件處理能力、精密仿真、常見的開發(fā)環(huán)境以及外圍部件等方面都表現(xiàn)出DSP強(qiáng)大的性能。
　　為了縮小單片機(jī)同DSP之間的性能差異，使客戶能方便地將單片機(jī)的功能轉(zhuǎn)移到DSP上，Microchip公司推出了dsPIC。目前推出的產(chǎn)品主要有dsPIC30FXXX系列?？紤]到DSP和單片的內(nèi)部區(qū)別，dsPIC器件將高性能16位單片機(jī)的控制特點(diǎn)和DSP高速運(yùn)算的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計提供了適合的，單芯片、單指令流的解決方案。它消除了目前類似設(shè)計中所需求的額外組成部分，從而減小了印制板空間，也降低了系統(tǒng)成本 dsPIC30FXXX高性能單片要同系列可以應(yīng)用于非常廣闊的范圍，包括馬達(dá)控制、因特網(wǎng)接入器件、汽車產(chǎn)品、功能電路、數(shù)字應(yīng)答機(jī)、低速軟件調(diào)制解調(diào)器、線卡、POS終端、自動售貨機(jī)、生物測定安全裝置、不間斷電源、電源管理和自然語音輸入/輸出等等。
　　由于dsPIC兼容了單片機(jī)和DSP芯片這兩類產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，因此它具有下列特點(diǎn)：
　　*豐富的外圍部件；
　　*完整的DSP引擎；
　　*改進(jìn)的中斷能力；
　　*Flash存儲器，靈活的重編程能力；
　　*強(qiáng)大的開發(fā)環(huán)境；
　　*引腳數(shù)少；
　　*使用優(yōu)化的高級語言；
　　*方便PIC系列單片機(jī)用戶移植現(xiàn)有的代碼；
　　*熟悉的類似單片機(jī)的用戶開發(fā)平臺。
　　此外，dsPIC還可以支持4M×24位的可尋址Flash程序存儲體，以及32K×16位的數(shù)據(jù)存儲空間。相對于其它許多單片機(jī)的5V供電及DSP的3.3V供電，dsPIC的供電電壓是2.5～5.5V。
　　圖1 dsPIC芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
　　
　　2 dsPIC30F與PIC16F87X的比較
　　dsPIC30F芯片采用16位（數(shù)據(jù)）改進(jìn)型——非流水線的哈佛RISC結(jié)構(gòu)，芯片具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。程序計數(shù)器（PC）為24位寬，可以尋址4M×24位的程序存儲器空間。而PIC16F87X系列單片機(jī)采用的是8位流水線哈佛結(jié)構(gòu)，有一個13位寬的程序計數(shù)器PC，最大只可尋址8K的程序存儲器空間。
　　DsPIC30F有16個16位的工作寄存器（W0～W15）。每個工作寄存器都可以作為數(shù)據(jù)、尋址或移位寄存器來操作。其中，第16個工作寄存器（即W15）作為中斷和程序調(diào)用的堆棧指針。PIC16F87X系列同其它種類的PIC機(jī)一樣，只含有一個用于ALU的8位W工作寄存器，相當(dāng)于一般單片機(jī)的A累加器，是不可尋址的。
　　dsPIC30F指令字是24位的，其指令系統(tǒng)有很大的增強(qiáng)，最大特點(diǎn)就是包含了對DSP的支持。因?yàn)檫@種DSP引擎具有1個高速的16位與 16位相乘的乘法器、1個40位的ALU、2個40位的飽和累加器（saturating accumulator）以及1個40位的雙向移位器，因而能夠明顯提高芯片算法能力和周期。由此，這種芯片的指令系統(tǒng)就分成兩大類——單片機(jī)類和DSP 類。這種指令系統(tǒng)基于高效的C編譯器，支持固有尋址（無操作數(shù)）、相對尋址、立刻尋址、存儲器尋址、寄存器直接尋址、間接尋址和移動尋址7種方式。每條指令都同預(yù)先定義的尋址方式有關(guān)，而這些預(yù)定義的尋址方式是由特定功能需求決定的，且每條指令都支持這7種尋址方式。對于大多數(shù)指令，dsPIC30F芯片在每個指令周期能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)（或程序數(shù)據(jù)）存儲器讀操作、工作寄存器（數(shù)據(jù)）讀操作、數(shù)據(jù)存儲器寫操作以及程序（指令）存儲器讀操作。因此，它可以支持3 操作數(shù)的指令，比如，在一個周期內(nèi)可以完成A+B=C的操作。而PIC16F87X系列單片機(jī)每條指令長14位（其它系列指令字長也12位或16位的），整個指令系統(tǒng)共分成三類——字節(jié)操作類、位操作類以及立刻數(shù)操作和控制操作類，支持立即數(shù)尋址、寄存器間接尋址、直接尋址和位尋址四種尋址方式，但由于這樣尋址種類的劃分依據(jù)是操作數(shù)的來源，因此并非每條指令都可以支持這四種尋址方式，例如，位操作類的指令就只能采用位尋址方式。對PIC16F87X系列單片機(jī)，其指令的操作個數(shù)最多只能是兩個，另外，再加上這種系列單片機(jī)不提供對DSP的支持，那么在數(shù)字信號處理速度方面，同dsPIC30F相比顯然要慢很多。