數(shù)字信號(hào)處理器 （DSP） 對(duì)于實(shí)時(shí)處理真實(shí)世界的數(shù)字化數(shù)據(jù)至關(guān)重要，可執(zhí)行從基本消費(fèi)電子產(chǎn)品到復(fù)雜工業(yè)儀器儀表等廣泛應(yīng)用所需的高速數(shù)值計(jì)算。DSP 可通過(guò)軟件進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)最大的靈活性，并由易于使用的低成本開(kāi)發(fā)工具提供支持，使設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)槠洚a(chǎn)品構(gòu)建創(chuàng)新功能和差異化價(jià)值，并快速、經(jīng)濟(jì)高效地將這些產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員在為其應(yīng)用選擇數(shù)字信號(hào)處理器時(shí)會(huì)權(quán)衡許多因素。需要考慮的關(guān)鍵因素包括應(yīng)用程序所需的計(jì)算能力、處理器和系統(tǒng)成本、性能屬性以及易于開(kāi)發(fā)。通過(guò)平衡這些因素，設(shè)計(jì)人員可以確定最適合應(yīng)用的DSP。

定點(diǎn)與浮點(diǎn)

數(shù)字信號(hào)處理可分為兩類 - 定點(diǎn)和浮點(diǎn)。這些名稱是指用于存儲(chǔ)和操作數(shù)據(jù)的數(shù)字表示形式的格式。定點(diǎn) DSP 設(shè)計(jì)用于通過(guò)至少 16 位來(lái)表示和操作整數(shù)（正整數(shù)和負(fù)整數(shù)），產(chǎn)生多達(dá) 65，536 種可能的位模式 （216).浮點(diǎn) DSP 以類似于科學(xué)記數(shù)法的方式通過(guò)至少 32 位表示和操作有理數(shù)，其中數(shù)字用尾數(shù)和指數(shù)表示（例如，A x 2B，其中“A”是尾數(shù)，“B”是指數(shù)），產(chǎn)生多達(dá) 4，294，967，296 個(gè)可能的位模式（232).

術(shù)語(yǔ)“不動(dòng)點(diǎn)”是指表示數(shù)字的相應(yīng)方式，在小數(shù)點(diǎn)之后，有時(shí)在小數(shù)點(diǎn)之前有固定數(shù)量的數(shù)字。使用浮點(diǎn)表示，小數(shù)點(diǎn)的位置可以相對(duì)于數(shù)字的有效數(shù)字“浮點(diǎn)”。例如，具有統(tǒng)一小數(shù)點(diǎn)放置約定的定點(diǎn)表示可以表示數(shù)字 123.45、1234.56、12345.67 等，而浮點(diǎn)表示還可以表示 1.234567、123456.7、0.00001234567、1234567000000000等。因此，浮點(diǎn)可以支持比定點(diǎn)更廣泛的值范圍，能夠表示非常小的數(shù)字和非常大的數(shù)字。

使用定點(diǎn)表示法時(shí)，相鄰數(shù)字之間的間隙始終等于 1 的值，而在浮點(diǎn)表示法中，相鄰數(shù)字之間的間隙間距不均勻——任何兩個(gè)數(shù)字之間的間隙大約比數(shù)字值小一千萬(wàn)倍（ANSI/IEEE Std. 754 標(biāo)準(zhǔn)格式），大數(shù)字之間的間隙很大，小數(shù)字之間的間隙很小。

動(dòng)態(tài)范圍和精度

浮點(diǎn)計(jì)算中固有的冪確保了更大的動(dòng)態(tài)范圍 - 可以表示的最大和最小數(shù)字 - 這在處理非常大的數(shù)據(jù)集或范圍可能無(wú)法預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)集時(shí)尤其重要。因此，浮點(diǎn)處理器非常適合計(jì)算密集型應(yīng)用。

在精度（數(shù)字之間的差距大小）的上下文中考慮定點(diǎn)和浮點(diǎn)格式也很重要。每次DSP通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算生成新數(shù)字時(shí)，該數(shù)字必須四舍五入到可以通過(guò)使用的格式存儲(chǔ)的最接近的值。在信號(hào)處理過(guò)程中對(duì)數(shù)字進(jìn)行舍入和/或截?cái)嘧匀粫?huì)產(chǎn)生量化誤差或“噪聲”，即實(shí)際模擬值與量化數(shù)字值之間的偏差。由于與浮點(diǎn)處理相比，定點(diǎn)處理的相鄰數(shù)字之間的間隙可能要大得多，因此舍入誤差可能更加明顯。因此，浮點(diǎn)處理比定點(diǎn)處理產(chǎn)生更高的精度，當(dāng)計(jì)算精度是關(guān)鍵要求時(shí)，將浮點(diǎn)處理器區(qū)分為理想的DSP。

關(guān)鍵考慮因素 – 成本、易于開(kāi)發(fā)和性能

動(dòng)態(tài)范圍和精度考慮因素通常定義了設(shè)計(jì)人員用來(lái)確定定點(diǎn)或浮點(diǎn)處理器是否非常適合應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn) - 計(jì)算需求高，浮點(diǎn)更受歡迎。但是，在兩種格式之間進(jìn)行選擇時(shí)，還有許多其他重要的相互關(guān)聯(lián)的因素需要考慮。

處理器成本：設(shè)計(jì)人員降低產(chǎn)品物料清單 （BOM） 成本的能力直接影響有競(jìng)爭(zhēng)力的定價(jià)、市場(chǎng)滲透率和盈利能力。定點(diǎn)DSP比浮點(diǎn)DSP用于更多的大批量應(yīng)用，因此由于制造規(guī)模大，定點(diǎn)DSP通常比浮點(diǎn)DSP便宜。片上系統(tǒng) （SOC） 變量（包括板載存儲(chǔ)器、集成專用外設(shè)和連接選項(xiàng)）也會(huì)影響定點(diǎn)處理器和浮點(diǎn)處理器的成本和功能。

易于開(kāi)發(fā)：設(shè)計(jì)師開(kāi)發(fā)產(chǎn)品越容易，產(chǎn)品就越有可能在競(jìng)爭(zhēng)之前推向市場(chǎng)。開(kāi)發(fā)浮點(diǎn)DSP算法通常更容易，因?yàn)槎c(diǎn)算法需要更多的操作來(lái)補(bǔ)償量化噪聲。因此，設(shè)計(jì)人員在實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法時(shí)通常會(huì)選擇浮點(diǎn)DSP。同樣，SOC變量可以縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工具和第三方支持軟件的生態(tài)系統(tǒng)也可以。

性能：DSP 在應(yīng)用程序中執(zhí)行操作的速度是一個(gè)關(guān)鍵考慮因素。設(shè)計(jì)人員應(yīng)實(shí)現(xiàn)DSP格式，以最高效率處理算法。雖然可以為浮點(diǎn)處理器編程定點(diǎn)代碼，反之亦然，但可能會(huì)出現(xiàn)明顯的性能限制。性能效率也會(huì)影響電源效率。例如，在實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)處理器以執(zhí)行定點(diǎn)任務(wù)的情況下，功耗可能大于實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)處理器時(shí)的功耗，這可能會(huì)影響電源和冷卻要求以及相關(guān)的 BOM 成本。

總之，浮點(diǎn) DSP 針對(duì)專門的計(jì)算密集型應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，而定點(diǎn) DSP 針對(duì)大批量通用應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。由于算法實(shí)現(xiàn)的相對(duì)難度，定點(diǎn)的開(kāi)發(fā)成本可能更高，但最終產(chǎn)品的成本通常會(huì)降低。由于處理器成本和較低的制造量，利用浮點(diǎn)DSP的應(yīng)用的產(chǎn)品成本可能更高，但設(shè)計(jì)人員將實(shí)現(xiàn)易于開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)和更高的整體系統(tǒng)精度。最終，與目標(biāo)應(yīng)用程序相關(guān)的數(shù)據(jù)集要求將決定對(duì)定點(diǎn)或浮點(diǎn)處理的需求。

審核編輯：郭婷