如何为数字信号处理应用选择微控制器外设

本文继续讨论微控制器特性和特性，这些特性和特性在您考虑 DSP 功能时尤为重要。

本文继续讨论在考虑 DSP 功能时特别重要的微控制器特性和特性。

微控制器可以成为将数字信号处理集成到可穿戴设备、医疗设备、音频设备以及各种其他产品和系统中的一种方便且经济高效的方式。然而，微控制器主要是为了（并不奇怪）控制事物而设计的，所以如果我们想让一个 MCU 成为一个有效的信号处理器，我们需要谨慎选择。

上一篇文章重点介绍了 CPU 特性，即位宽、时钟频率、每条指令的时钟周期和浮点能力。在本文中，我们将着眼于使微控制器更适合 DSP 功能的外围模块和特性。

处理器支持

一些硬件模块占据 CPU 和典型外设（如定时器和比较器）之间的中间地带。一个常见的例子是硬件乘法器。

硬件乘法

硬件乘法器是一种可能意味着实时 DSP 系统成功与失败之间的差异的功能。重要的 DSP 应用，如数字滤波和频谱分析，需要大量的乘法运算，而且这些运算必须足够快，才能在合理的时间内（从用户的角度来看）产生结果，或者——这时候事情就会变得真正具有挑战性— 速率等于或快于数据从外部系统到达的速率。

这个 FIR 滤波器结构中的三角形代表乘法运算。

由于大部分微控制器应用不需要高级乘法功能，因此将乘法器集成到处理器内核本身通常没有意义。因此，硬件乘法器是一个补充模块，它接收来自 CPU 的数据，执行高效的乘法，然后将结果数据提供给 CPU。

硬件乘法器实际上不仅仅是乘法。 DSP 例程通常需要一个称为乘法累加 (MAC) 的过程，它（您可能已经猜到）涉及重复地将数字相乘并添加或累加乘法运算的结果。硬件 MAC 模块为提高 DSP 性能提供了更大的潜力。

MAXQ615 中集成的硬件乘法器，MAXQ615 是一款小型且廉价的 Maxim 微控制器，可执行有符号和无符号 16 位乘法、16 位乘法和累加以及16 位乘法和减法。

直接内存访问 (DMA)

我第一次了解 DMA 是在我从事必须对数字化基带信号快速执行解码算法的软件定义无线电工作时，那次经历让我对 DMA 在时间敏感的数字信号处理中的价值印象深刻。

DMA 单元本质上是一个单独的处理器，它有一个工作：移动数据。这项任务很简单，因此将 DMA 功能并入您的项目并不会严重增加其复杂性，而且系统的 DSP 能力会显着增加，因为 CPU 可以专注于处理数字而不是在内存和外设之间混洗数据。如果您的应用需要计算密集型实时 DSP，那么 DMA 控制器可能是您 MCU 功能的一个特别有价值的补充。

SAM4S 微控制器（来自 Atmel）上的 DMA 控制器允许我生成这个正弦曲线，而无需不断纠缠 CPU 将下一个数据点发送到 DAC。

沟通

数字信号处理不仅需要处理器，还需要处理数字数据。在大多数情况下，这些数字数据将源自微控制器之外，这意味着数据传输是 DSP 链中的关键环节。

并行数据传输

我喜欢并行接口，因为它们很简单，至少在理论上是这样，但它们没有你想象的那么常见。同时传输八位甚至十六位似乎比一次发送一位更有效，但串行接口甚至在高速系统中也被广泛使用。如果并行数据传输是您系统中的一个选项并且您想尝试一下，请寻找具有“外部存储器接口”（EMI 或 EMIF）、“外部总线接口”（EBI）或类似产品的微控制器.

串行数据传输

我 ² C 不是高速接口，标准 UART 往往用于低或中等数据速率。寻找宣传高最大时钟速率并使用附加信号在接收器和发送器之间进行同步的外设（这允许数据信号完全用于实际数据传输）。

我相信“USART”是我描述的那种串行通信模块的相当标准的缩写（“S”代表“同步”）。基本上我在这里推荐的是一种相当于 TI 的“多通道缓冲串行端口”的微控制器——缩写 McBSP（读作 mic-BSP ，就好像该模块来自爱尔兰）留在我的记忆中，并将在我的脑海中永远与高速串行数据传输联系在一起......

错误检查

需要强大的错误检测功能的应用程序可以从硬件 CRC 模块中受益。

这是集成到 Silicon Labs 的 EFM8 Laser Bee 微控制器中的硬件 CRC 模块的示意图。你给它提供一个字节序列，它使用一个标准的 CRC 多项式来生成一个 16 位的结果。

结论

我确实认为在许多中低强度 DSP 应用中，微控制器比数字信号处理器更可取，我希望这篇文章能帮助您确定能够可靠地执行您的项目所需的 DSP 任务的微控制器。

微控制器简介系列的前几篇文章：

• 什么是微控制器？无数电子设备中的核心部件简介
• 如何为您的应用选择合适的微控制器
• 如何阅读微控制器数据表：简介和第一步
• 如何阅读微控制器数据表：探索硬件