1 dsPIC的產生

目前，在自動檢測、控制等領域正掀起應用DSP的熱潮。DSP（Digital Signal Processor）即數字信號處理器，是在數字信號處理的各種理論和算法的基礎上發(fā)展起來的，用于完成各種實時數字信息的處理。20世紀80年代初，隨著微電子技術的展，DSP就應運而生了。DSP器件的出現，使得各種數字信號處理的算法得到了實現。DSP器件不但使數字信號處理得到了實際應用，而且還拓寬到了系統(tǒng)控制領域，從而誕生了一大批新型的電子產品。DSP技術的迅速普及，也為今天的信息高速公路建設奠定了基礎。

DSP器件的數字信號處理大致有如下特點：①可程控，可以只設計一個硬件配置，然后設計各種軟件來執(zhí)行多樣的信號處理任務；②穩(wěn)定性好，沒有時漂、溫漂；③可重復性好，無論多少臺計算機去計算同一序列的和，都會提供一模一樣的結果；④易于實現自適應算法；⑤基于大規(guī)模的集成電路。

這樣就不難看出，單片機和DSP各有特點。前者控制功能強，后者數字信號處理能力強，因而，將高性能16位單片機加上DSP功能，就產生了 dsPIC芯片。DsPIC是一種將單片機的特征同數字信號處理器（DSP）的能力結構在一起的器件。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出DSP強大的性能。

為了縮小單片機同DSP之間的性能差異，使客戶能方便地將單片機的功能轉移到DSP上，Microchip公司推出了dsPIC。目前推出的產品主要有dsPIC30FXXX系列?？紤]到DSP和單片的內部區(qū)別，dsPIC器件將高性能16位單片機的控制特點和DSP高速運算的優(yōu)點相結合，為嵌入式系統(tǒng)設計提供了適合的，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用于非常廣闊的范圍，包括馬達控制、因特網接入器件、汽車產品、功能電路、數字應答機、低速軟件調制解調器、線卡、POS終端、自動售貨機、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兼容了單片機和DSP芯片這兩類產品的優(yōu)點，因此它具有下列特點：
*豐富的外圍部件；
*完整的DSP引擎；
*改進的中斷能力；
*Flash存儲器，靈活的重編程能力；
*強大的開發(fā)環(huán)境；
*引腳數少；
*使用優(yōu)化的高級語言；
*方便PIC系列單片機用戶移植現有的代碼；
*熟悉的類似單片機的用戶開發(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位的數據存儲空間。相對于其它許多單片機的5V供電及DSP的3.3V供電，dsPIC的供電電壓是2.5～5.5V。

圖1 dsPIC芯片內部結構圖

2 dsPIC30F與PIC16F87X的比較

dsPIC30F芯片采用16位（數據）改進型——非流水線的哈佛RISC結構，芯片具體結構如圖1所示。程序計數器（PC）為24位寬，可以尋址4M×24位的程序存儲器空間。而PIC16F87X系列單片機采用的是8位流水線哈佛結構，有一個13位寬的程序計數器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據、尋址或移位寄存器來操作。其中，第16個工作寄存器（即W15）作為中斷和程序調用的堆棧指針。PIC16F87X系列同其它種類的PIC機一樣，只含有一個用于ALU的8位W工作寄存器，相當于一般單片機的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，最大特點就是包含了對DSP的支持。因為這種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）、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。每條指令都同預先定義的尋址方式有關，而這些預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。對于大多數指令，dsPIC30F芯片在每個指令周期能夠執(zhí)行數據（或程序數據）存儲器讀操作、工作寄存器（數據）讀操作、數據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 操作數的指令，比如，在一個周期內可以完成A+B=C的操作。而PIC16F87X系列單片機每條指令長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操作和控制操作類，支持立即數尋址、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是操作數的來源，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，其指令的操作個數最多只能是兩個，另外，再加上這種系列單片機不提供對DSP的支持，那么在數字信號處理速度方面，同dsPIC30F相比顯然要慢很多。

dsPIC30F芯片的數據空間被一分為二，分別以X和Y數據存儲器進行引用，可以作為32K字（word）或64KB（byte）進行尋址。每個存儲器塊都有自己獨立的地址產生單元（AGU）。單片機類的指令僅單獨通過X存儲器的AGU單元進行操作，把整個存儲器作為一個線性的數據空間進行尋址。而DSP類指令的乘法累加器（MAC）是通過X和Y的AGU共同操作的，這樣就將數據地址空間分成相對獨立的兩部分。不過，這樣的X和Y的數據空間邊界是任意的，且是由芯片自身特性決定的。數據空間存儲器高位的32KB，通過定義8位程序空間可見頁面寄存器PSVPAG（Program Space Visibility Page），任意的16位程序字邊界中隨意地被映射到的程序空間低位（用戶空間），這樣就使得任何指令能夠像訪問數據空間一樣訪問程序空間。不過，采用這種方式訪問的執(zhí)行時間比一般的訪問方式要多一個周期。而且，只有每條指令字的低16位才可以使用這種方法訪問。PIC16F87X系列單片機的數據存儲器分成多個存儲區(qū)。每個存儲區(qū)由通用寄存器和專用寄存器兩部分組成。存儲區(qū)之間的選擇是通過定義狀態(tài)寄存器STATUS的RP0和RP1位進行的，每個存儲體最多只能達到128字節(jié)。

dsPIC芯片不支持多級指令流水線，而采用單級指令預取機制，就是在可利用的最大執(zhí)行時間前的一個周期訪問指令。因此，dsPIC芯片大多數指令是單周期的。此外，dsPIC30F芯片還有一個特征，就是含有由61個區(qū)分優(yōu)先級的向量組成的矢量異常處理結構，這些異常情況包括復位（RESET）、6個捕捉以及54個中斷。

結語

dsPIC器件的開發(fā)有助于緩解16位單片機和低端數字信號處理器（DSP之間的性能差，是傳統(tǒng)16位單片機應用的理想解決方案。與此同時，隨著控制技術日趨復雜化，越來越多的工業(yè)系統(tǒng)要使用DSP精確控制實時響應，以及現有產品要求增加更多功能，以增強I/O易用性和安全接入，dsPIC必將在高性能數字信號控制器市場占據重要一席之地。同時，隨著多種dsPIC產品系列的不斷迅速開發(fā)，以及愈加完善的開發(fā)工具、應用系統(tǒng)庫、現場應用工程技術和綜合技術等的產品，dsPIC一定會得到廣大用戶的青睞。