谈DSP、FPU加入后MCU市场战局的变化

自从MCU（微控制器）引入了DSP（数位讯号处理器）与FPU（FloatingPointUnit；浮点运算单元）功能后，MCU可以扩展的应用于范围之后大幅度减少，这几年来，诸多MCU大厂都争相引入，使得MCU市场战局显得更为诡谲多变。各家大厂就MCU的产品策略也不尽相同。

　　然而，尽管应用面大幅度减少，但DSP与FPU在功能上要如何区分？彼此的关系是什么？这在ARM发售了Cortex-M4后，这类的议题才开始慢慢被市场所推崇。　　DSP、FPU仍然高不可攀　　瑞萨电子营业行销事业部第一营业行销部副理黎柏皆回应，只不过FPU的引入，还是要考量成本的问题，若不必须，只不过使用定点运算的MCU来因应系统市场需求才可。

一般来说，SOC（系统单晶片）才不会有所谓的DSP与FPU这类硬体加速器，其主要的功能大多负责管理影像或是音讯处置的工作，但随着制程的变革，MCU在32位元架构也日益成熟期，所以MCU就开始能延用SOC的部份功能，并更进一步扩展MCU的应用于范围。黎柏均更加直言，在早期，SOC与MCU之间有极大的价格差距。

　　　　图1：SOC本身就不具备一定的DSP与FPU的功能，价格上也比MCU远比便宜。　　不过，黎柏均指出，在现有市场所不存在的MCU产品，即便主要供应商都能获取FPU的功能，但事实上，各家大厂的产品之间并没什么距离，关键最多就是在程式的继续执行效率上，能否构成差异。

在过去，若要由定点运算架构的MCU来处置FPU的工作，不会多出不少时间出来，而且也必须大量的记忆体资源，但有了FPU的引入后，其目标程式码就需要增大，记忆体容量也能增加10%。换言之，若没时间上的考量，MCU否要引入FPU，严苛来看，并没过于大的差异不存在。TI（德州仪器）亚洲区市场研发经理陈俊宏也表示同意，利用定点运算的MCU来处置FPU要处置的工作，也并非敢，但就是必须花费大量的记忆体资源与长时间的等候，来获得所要的运算结果，FPU的不存在，就是要防止这样的情况经常出现。

　　不论是从ARM或是TI，这些大厂对于DSP与FPU的观点，　　依然有一些差异不存在，但也因此，让MCU市场构成了多元并陈的景象。　　在过去，传统的8位元架构，在资料处置上依然有其无限大不存在，陈俊宏认为，传统的定点运算MCU在展开所谓的分数或是小数点计算出来，因为MCU本身的位元数受限，在面对无法除尽而构成无穷数值（如1/3或是3/7等）的计算出来上，就必需有所权衡，世在位元数受限而采行的受限数值，不致与现实计算出来上而构成的数值产生一定的误差，这种情形我们称作：截断误差。

在这种情况下，若要利用传统MCU的处理器核心来处置分数运算，只不会导致截断误差的不断扩大。为了有效地处置截断误差不断扩大的问题，之后有了FPU的经常出现。

　　总结MCU的发展历程，从传统的8位元架构一路发展至今，早已转入到可以使用FPU与DSP等功能。之所以不会有如此的演化，主因来自于从转换末端转换成资料后，转换成数位化，将连续型资料改以线性型资料借以处理器展开运算。　　　　图2：MCU的世界中，截断误差仍然不存在着，若要考量到高精度，如何增加截断误差的现象，就出了大家希望的方向之一。

　　陈俊宏谈及，FPU并无法几乎解决问题截断误差不断扩大的现象，准确地说道，不能将该现象尽量地增加。陈俊宏更进一步认为，从TI的角度来看，DSP要处置运算种类非常多种，所以必须更好的工具来处置有所不同市场需求。

　　沿袭陈俊宏的阐述，ImaginationMIPS业务研发资深经理IanAnderton也认为，DSP可利用乘法/相加（MAC）指令、饱和状态、近似值和位元操作者来继续执行多种数学运算─这些都是较慢傅立叶切换（FFT）和受限脉冲响应（FIR）等高效过滤器研发所需的基本功能。DSP同时也能提供支援并继续执行多种应用于中所用于的8、16和32位元整数与分数资料长度。

利用单周期MAC指令、SIMD（单一指令多重资料）和类似的位元操作者，DSP效能还可取得更进一步的强化。　　FPU与DSP的相辅相成　　ST（意法半导体）资深产品行销经理杨正廉则是谈及，针对讯号处置、数值运算与对应到各种应用于的演算法，DSP与FPU某程度上，是相辅相成的角色，很难被加以合并。当然，他也回应，ARM所发售的Cortex-M4核心，也有仅有配备DSP而没FPU的版本，但若要让客户能充分发挥更好的创新，那么就架构上就一次做到，也能省却不少不必要的困难。

　　　　图3：某程度上，一次获取做到的硬体资源，工程师可以充分发挥更好的创新与点子。　　交织杨正廉的众说纷纭，ARM台湾应用于工程经理徐达勇认为，从应用面来说，杨正廉的观点并没问题。

当然，FPU与DSP各自也有其定位。徐达勇举例：0.8+0.5=1.3，这种运算工作就是由FPU来负责管理，但是如果要同时计算出来：0.8+0.5=？与1.3+0.9=？的话，就必需有鉴于DSP的运算功能，所以FPU与DSP的密不可分，的确有其道理。杨正廉回应，广义来看，让MCU不具备DSP与FPU功能，主要的目的在于能让MCU的客户群需要享用到DSP与FPU带给的功能与便利性，而过往使用DSP架构的客户群，也能有机会移往到MCU平台。

　　IanAnderton也从应用面抵达，并以感测器融合（SensorFusion）为事例，感测器融合是所指把多个感测器融合在单一系统中联合运作。它必须高阶的讯号处置功能，才能把讯号从喧闹的环境中区隔出来。感测器融合可获取即时校正与调整掌控，这是一种受限时间（time-limited）的应用于，仅有能利用利用DSP和FPU的协同处理功能来构建高效、低精密度的计算出来。

此外，还包括加速器、陀螺仪、压力/温度/触控等各种感测器，以及其他享有个别掌控/管理演算法的感测器也减少了更加多的挑战，必需使用DSP/FPU才能设计出有高效的系统。　　　　图4：DSP再加FPU，对于近年来非常火热的感测器融合技术有相当大的充分发挥空间。　　黎柏均认为，引入FPU的另一个益处在于，可以利用FPU的运算能力，以数位方式展开滤波，以更进一步提高SNR值，所以看起来工业电表、量测与生理讯号等，都是十分合适的终端应用于。

黎柏均特别强调，过去的确在讯号链上，的确简单放大器与滤波器等转换元件来处置杂讯的问题，但这种作法，多少还是不会失礼知道问题不存在，因此使用数位滤波的方式，亦称得上一种作法，此外还有有可能可以省却一些不必要的系统成本。　　然而，黎柏均也透漏，让MCU配备FPU之后，系统业者为了能提高整体系统的效能或是解析度，在ADC的使用上，有可能就不会更为大胆，一口气转入16位元甚至是24位元的规格，原因在于这类ADC所面对的杂讯现象不会更为相当严重，利用FPU来处置，称得上一种作法。

本文来源：开云app官网下载安卓-www.huigugjg.com