1 簡介
實時信號處理和使用它的應用程序正在改變電子市場。消費者可獲得大量較以往更智能、更快速、更小巧且相互連接性更好的新產品和技術，但終這會促使他們還需要更多。他們需要更快的速度、更高的效率與便攜性，而且他們現在就需要。
顯然，這給要求滿足上述各種需求的設計工程師帶來了巨大壓力。他們必須降低成本和功耗，同時還要提高性能和靈活性。他們必須在日趨復雜的開發環境和逐漸縮短的設計周期中完成上述所有工作。
此外，設計人員還面臨各種各樣的核心技術，均聲稱能夠就給定的應用執行實時操作。以前這還只是數字信號處理器 (DSP) 的領域，而現在各種選擇充斥了市場，進一步攪混了曾經是一潭清水的實時信號處理領域。
MCU、ASSP、GPP/RISC、FPGA、ASIC 以及可配置處理器均加入了 DSP 的行列，都要占據實時處理的一塊份額。那么您怎樣才能知道哪個將能夠滿足您的實時信號處理需求呢？本文的目的就在于調查不同架構的優勢，并比較它們之間設計上的折衷平衡。
首先，我們將講解所采用的標準，隨后我們將標準應用于 7 種選項的每一種。每種選項都在上述標準的基礎上根據其相對優勢和弱勢配有圖表，接著將對其逐個進行討論。
2 標準和衡量
近期 TI 進行的一次調查顯示，目前開發人員考慮的信號處理架構中，以下選擇是的：ASIC、ASSP、可配置處理器、DSP、FPGA、MCU，以及 RISC/GPP。
進一步的研究，包括 Cahner 的"工程師想法"以及 Beacon Technology Partners的"沖破通向嵌入式開發的障礙"，均表明今天的開發人員在選擇其信號處理架構時需滿足許多標準。
用來評估各種選項及其相對重要性的標準如下：
- 上市時間 -- 重要性極高
- 性能 -- 重要性極高
- 價格 -- 重要性極高
- 開發的簡易性重 -- 要性極高
- 功率 -- 中等重要性
- 特性靈活性 -- 低等重要性
我們隨后根據上述標準通過以下決策表格對架構選項進行評估：
| 上市時間 | 性能 | 價格 | 開發的簡易性 | 功率 | 特性靈活性 | 小結 | |
| ASIC | 差 | 一般 | 良好 | 差 | 一般 | ||
| ASSP | 一般 | 良好 | 一般 | 差 | 良好 | ||
| 可配置處理器 | 差 | 良好 | 差 | 良好 | 一般 | 一般 | |
| DSP | 良好 | ||||||
| FPGA | 良好 | 差 | 差 | 良好 | 一般 | ||
| MCU | 一般 | 良好 | 一般 | 良好 | |||
| RISC | 良好 | 良好 | 一般 | 良好 | 一般 | 良好 |
架構考慮列于表格左邊。用于評估各種選項的標準，根據標準的重要性以及滿足標準的各種選擇的有效性在表格頂端一字排開。
以下我們將深入討論上述信號處理選擇，以及它們如何解決今天開發人員面臨的問題。
2.1 討論實時信號處理選項
2.1.1 ASIC（專用集成電路）
ASIC 在上市時間方面評定為差。可配置處理器和 ASIC 相似，因為完成并測試ASIC 或可配置處理器、制造設計獨有的晶片并驗證解決方案需要較長的周期時間，可能需要許多個月甚至許多年。從門或是從更的處理器元素進行配置，它們在困難程度上有輕微的區別。因此，可配置處理器在上市時間評估中盡管表現不佳，但還是略強于 ASIC。
ASIC 在性能方面評定為。就 ASIC 而言，與 FPGA 一樣，您也可根據應用功能的情況調節硬件門，從而實現相當高的應用對性性能。
ASIC 在價格方面評定為，這也是上述 7 種選擇中價格表現的一種。事實上，專門的標準單元邏輯門既不多也不少，正是小、效的半導體芯片尺寸，因此可實現的重復價格。此外，ASIC 的商品化可促使 ASIC 芯片每門價格的降低。
ASIC 在功率方面評定為良好。如果設計專門對功率效率優化的話，那么 ASIC
可實現相當棒的功率效率，這與可配置處理器相似。但是，大多數面向 ASIC 的設計均致力于性能或重復成本（價格）因素，而不是功率因素。
ASIC 在開發簡易性方面評定為一般。盡管 ASIC 可視作比較廉價，但如果考慮到總體開發成本，它實際上是昂貴的。這是由于客戶為了在芯片上創建應用必須進行大量邏輯設計，而且硅處理的成本不斷增加，每次硅芯片的完全刻線修正 (reticle revision) 都要花費成千上萬美元。就開發輔助而言，ASIC 具備一般性支持，但不提供任何對應用的幫助，因為 ASIC 供應商普遍缺乏專用內容知識。
ASIC 在特性靈活性方面評定為差。一旦您確定了就 ASIC 的邏輯，您要添加特性就必須重新開始并進行再設計。這就意味著創建新的硅迭代。
2.1.1.1 ASSP（專用標準產品）
ASSP 在上市時間方面評定為一般。但是，我們常常遇到以下折衷問題：如果市場已經存在而產品也已經存在，那么產品上市的時間應當為良好至。不過，在許多新市場中，由于專用產品的特性往往要很晚才能確定，因此產品上市的時間就很差。這樣，綜合起來產品上市時間的評定為一般。
ASSP 在性能方面評定為。就 ASSP 而言，如果假定它專門就特定應用進行調解的話，那么它應當能夠提供相當高的專用性能。
ASSP 在價格方面評定為良好。我們假定 ASSP 是專用的，因此其成本效率的擴展量較小；這樣，其價格為良好，但略遜于 DSP。
ASSP 在功率方面評定為。ASSP 應當在功率方面表現不錯，因為它是對特定應用的功能進行優化的。但是，由于它可能更多地對成本而不是功率進行優化，因此它在這方面的評定要低于 DSP。
ASSP 在開發簡易性方面評定為一般。這里我們假定，它在實現分化特性(differentiated features) 方面會遇到挑戰，可能多少會減緩開發。就開發輔助而言，預計 ASSP 會具備專用知識，但只是面向交鑰匙的解決方案。因此，其不太可能具備較好的開發輔助。
ASSP 在特性靈活性方面評定為差。ASSP 從本質上講在靈活性上是比較差的，因為就其內在而言是對應用的，而且特別是對其目標應用獨有的解決方案方法。這種具體的對和優化是對靈活性的折衷。
2.1.1.2 可配置處理器
可配置處理器在上市時間方面評定為差，這與其自身的不成熟和開發的簡易性相對較差有關（見下文）。可配置處理器在性能方面評定為。我們假定可配置處理器專門就不同應用進行了調整，則應當就不同應用提供相當高的性能。
可配置處理器在價格方面評定為良好。我們認為可配置處理器還是可提供良好價格選項的，不過規模較小及其尚處于早期階段，這使其難以實現低價。
可配置處理器在功率方面評定為良好。根據設計，可配置處理器經過配置可在一定程度上假定功率效率對應用重要。
可配置處理器在開發的簡易性方面評定為差。就可配置處理器而言，完全開放的功能需要產品開發商進行大量配置工作。此外，產品是不成熟的，可能會出現開發問題。這兩方面因素均會導致較差的開發成本。考慮到架構較新，開發商規模較小，可配置處理器肯定會遇到許多產品和工具錯誤問題，消耗設計人員的精力并導致支持問題。它也不能聲稱具備足夠的專用支持。
可配置處理器在特性靈活性方面評定為一般。顯然，它可以重新配置以改變特性，但一般說來這一步工作要在實際安裝之前進行。因此，上市后的特性靈活性會比較低。
2.1.1.3 DSP（數字信號處理器）
DSP 在產品上市時間方面評定為。DSP、RISC 處理器和 MCU 都是可編程處理器，因此能夠利用軟件可編程性實現不同的功能和特性，這與類似硬代碼邏輯實施比較節省了產品上市的時間。在上述三種選擇中，就實時信號處理而言，DSP 表現或者，這是由于它與實時應用具備、相關的產品、工具集和價值網相匹配。
DSP 在性能方面評定為。尤其對 DSP 而言，類似 TI 的 TMS320C6000TM 的多 MAC VLIW 架構提供了非常高的 MIPS 和 MMACS 信號處理性能，這就在每個芯片上實現了更高的通道密度，使其相對于 FPGA、ASIC 或 ASSP 擁有競爭優勢。
DSP 在價格方面評定為良好。DSP 不像 ASIC 或 MCU 那樣成本效率較高，但與MCU 的差距不大。
DSP 在功率方面評定為。DSP 的功率效率很高，特別是考慮到有些 DSP 平臺專門為低功率、手持應用而設計，如 TI 的 TMS320C5000TM。
DSP 在開發的簡易性方面評定為。就開發輔助而言，DSP 供應商具備第三方網絡，從咨詢到軟硬件平臺直到系統等各方面都提供了增值。此外，強大且方便易用的工具配合技術支持網絡和了解實時環境工作的應用工程師將隨時能夠幫助客戶完成他們的實時設計。
就開發成本而言，與專用芯片或 ASIC 相比，DSP 的可編程性有助于就期望功能實現更快的開發周期。通過適當采用編程和／或使用標準代碼模塊，我們可大幅度縮短開發時間，并從而節約開發成本。
DSP 在特性靈活性方面評定為。DSP 是可編程的處理器，因此可采用軟件的可編程性來實現不同的功能和特性，與類似的硬代碼邏輯實施相比節約了時間。對實時信號處理來說，DSP 在可編程處理器 (DSP、RISC、MCU) 中評定為，因為它具備實現實時信號處理相關功能的的、相關的工具集和價值網。
2.1.1.4 FPGA（現場可編程門陣列）
FPGA 在產品上市時間方面評定為良好。FPGA 為實現功能可隨時進行現場調整。其靈活性不像軟件可編程方案那樣高，因此在產品上市時間方面被評定排在 DSP、MCU 和 RISC 之后。但是，與 ASSP、可配置處理器或 ASIC 相比，它擁有更好的支持和更快的周期，因此較上述方案而言具備更快的上市時間。
FPGA 在性能方面評定為。采用 FPGA，開發商可針對應用調節硬件門，從而提供專用高性能。
FPGA 在價格方面評定為差。FPGA 是目前討論的、價格昂貴的方案，評定較差。
FPGA 在功率方面評定為差。FPGA 的功率效率名落孫山，這是 FPGA 電路技術內在特點以及陣列中未使用門的功率消耗所致。技術進步將降低 FPGA 的功率消耗，但可能尚不足以改變它在功率效率方面的相對排名。
FPGA 在開發簡易性方面評定為。我們假定兩種情況：FPGA 編程工具集不太昂貴；且開發商主要處理硬件而工程師負責開發，如果這樣的話，那么 FPGA 的開發成本為。如果開發傾向于軟件工程師，那么 FPGA 的開發將需要更多工作，相對成本也會增加。就開發輔助而言，對基于 FPGA 設計的 FPGA 工具和支持結構似乎已具有相當基礎，也為 OEM 廠商所接受。
FPGA 在特性的靈活性方面評定為良好。它可以就額外的特性或更改進行現場再配置。但是，相對于軟件可編程解決方案如 DSP 而言，FPGA 的這種硬件再編程要更為困難，可實現的特性集的局限性更大。
2.1.1.5 MCU（微控制器）
MCU 在產品上市時間方面評定為。DSP、RISC 處理器和 MCU 都是可編程處理器，因此可以利用軟件的可編程性實現不同的功能和特性，從而較類似的硬編碼邏輯實施而言極大加速了產品的上市場進程。在上述三者之中，就實時信號處理而言，MCU 評定為第二，因為其擁有廣泛的產品、工具集和價值網絡，不過它還不是實時應用的匹配。
MCU 在性能方面評定為一般。與 RISC/GPP 相比，MCU 具備的數學處理資源較低，且通常其操作頻率也較低。
MCU 在價格方面評定為。MCU 的芯片尺寸一般較小，因而其價格相對較低；在這方面其僅次于ASIC。
MCU 在功率方面評定為一般。通常來說，MCU 性質一般，這使其較 DSP、ASSP或可配置處理器應當實現的功率效率而言要低。但是，與 RISC 或 FPGA 相比，MCU 一般使用更少的芯片資源，因而使其較這兩種解決方案而言具備更高的功效。
MCU 在開發簡便性方面評定為良好。相對于必須開發專用芯片或 ASIC 而言，MCU 現有芯片的可編程性有助于實現更快的開發周期，以達到理想的功能。通過適當利用編程和/或使用標準代碼模塊，可以大幅度縮短開發時間，從而節約開發成本。就開發輔助而言，大多數 MCU 供應商也都具備支持網絡，不過并不算是，因為該網絡大部分沒有實時應用經驗，只是純粹針對嵌入式應用。
MCU 在特性靈活性方面評定為。MCU 是一種可編程處理器，因此可以利用軟件可編程性實現不同的功能和特性，比類似的硬代碼邏輯實施更節約時間。
2.1.1.6 RISC/GPP（精簡指令集計算機/通用處理器）
RISC/GPP 在產品上市時間方面評定為良好。DSP、RISC 處理器 和 MCU 都是可編程處理器，因此可以利用軟件可編程性實現不同的功能和特性，比類似的硬代碼邏輯實施更節約時間。就實時信號處理功能而言，RISC/GPP 評定為良好，在上述三者中排名第三，MCU 則排名第二，而 RISC/GPP 也擁有廣泛的產品、工具集和價值網。但是，它不是實時應用的匹配，也不是專門針對嵌入式應用，而是主要專注于臺式計算機。
RISC 在性能方面評定為良好。RISC 的典型高頻率級別將提供相當不錯的信號處理能力，但其通常欠缺數學特定單周期指令和乘法器單元，這就限制了其實時性能。
RISC 在價格方面評定為一般。RISC 處理器的主板上集成了強大的通用功能，這使其適于用作桌面應用，但就實時信號處理的性價比而言只算一般。
RISC 在功率方面評定為一般。通常說來，RISC 性質一般，這使其較之于 DSP、ASSP 或可配置處理器應當實現的功率效率而言要低。
RISC 在開發簡便性方面評定為良好。相對于典型開發專用芯片或 ASIC 而言，RISC 現有芯片的可編程性有助于實現更快的開發周期，以期達到理想的功能。通過適當利用編程和/或使用標準代碼模塊，我們可以大幅度縮短開發時間，從而節約開發成本。就開發輔助而言，RISC 設計人員可以獲得一般性支持，但卻不能獲得任何針對應用或實時方面的幫助，這是由于 RISC 供應商通常都缺乏對具體應用和實時內容的知識。
RISC 在功能靈活性方面評定為。RISC 是可編程的處理器，因此可以利用軟件可編程性實現不同的功能和特性，較之于類似的硬代碼邏輯實施更節約時間。
3 結論
實時信號處理進一步推動了數字革命，使大多數人想都不敢想的更具個性化、功能更強大、互聯性更強的設備成為可能。隨著時間的推移，不同的技術不斷推動著創新性的產品，從主機和微機時代到 PC 和今天的因特網時代。此外，消費者也正在推動著實時功能的不斷發展，它們要求終設備具有極快的速度，以及高度的便攜性和靈活性。為了滿足這些需求，設計人員正面臨著前所未有的壓力，但在處理上述需求時，也比以往擁有了更多的選擇。
經過對每種選項的認真評估，我們顯然可以得到適用于嵌入式應用的幾個可行選擇。但是，就實施今天的實時信號處理應用而言，DSP 是選擇。其他數字技術都不具備 DSP 的功能實力，也不能更好地滿足今天開發商所提出的嚴格要求。當然，其他數字技術選擇也可以較好地解決上述任何有關問題，但卻要做出某些折衷和犧牲。
DSP 為設計人員提供了集功率、性能、價格與靈活性為一體的組合，并能夠幫助他們向市場快速交付其實時應用。