[[SHARC处理器]的起源和演变起源处理器温度
2SHARC处理器的历史
“SHARC”是Super Harvard ARChitecture的缩写，是ADI公司给他们的浮点处理器起的名字。SHARC处理器在标准Harvard架构的基础上进行改进，不仅方便了PM(程序存储器)总线上的数据传输，还通过增加一个指令缓存优化了基于紧循环的计算过程的吞吐性能。改进后的体系结构可以同时访问数据和系数，同时执行从指令缓存中选择的指令，从而高效地实现了处理器的三总线操作模式。
众所周知，SHARC处理器源自ADSP-21020。这种浮点单指令单数据(SISD)DSP实际上是一个独立的计算核心，没有嵌入式存储器或外设。通过连接到SRAM芯片的外部总线访问PM和DM(数据存储器)存储空间，并通过JTAG接口对处理器进行编程和调试。
ADSP-21020可以工作在33MHz的时钟频率，执行一个周期的指令。ADSP-21020可以用80位累加器完成32位或40位浮点和32位定点运算，是ADI公司在1991年推向市场的突破性产品。这种内核技术是ADI公司致力于浮点性能和创新的起点。
3整合与创新:SHARC的诞生
第一个真正的SHARC处理器是ADSP-21060。ADI公司基于ADSP-21020内核产品开发了一款完全集成的处理器，包括片内SRAM和I/O处理器，用于控制集成外设的DMA流。
ADSP-21060浮点处理器于1994年进入市场，被认为是当时DSP性能和创新的顶级水平。
SHARC内核可以在一个周期内以高达40MHz的速度进行计算，并且增加了I/O处理器，可以在不增加任何内核开销的情况下，在外设和双端口4Mb SRAM存储器之间高速传输数据。
为了进一步提高最终用户的系统性能和可扩展性，ADI公司的设计团队着手创建一种机制，允许多处理器系统以极低的开销享受数据。外部端口逻辑增加了一个集群总线控制器，可以无缝地进行处理器之间的并行数据通信，每个集群最多可以有6个处理器。这项突破性技术允许系统架构师以高达240MBps的带宽将大量数据从主处理器直接传输到指定从处理器的存储器，或者使用广播模式将数据直接发送到集群中的所有从设备。
使用ADI公司的link port专利技术还可以实现处理器之间的高速通信。每个ADSP-21060集成了6个独立的链路端口，用于点对点通信，因此可以实现240MBps的额外I/O带宽。
凭借这种真正平衡的架构和扩展的功能，SHARC处理器广泛用于计算密集型应用，如医疗成像、军用雷达和电子游戏机。
拥有该功能的处理器在15年前就已经投放市场，这可能让人难以置信，但更令人惊讶的是，这款处理器还在被用户使用！这是SHARC架构性能良好可扩展性以及ADI公司对质量和用户满意度承诺的最佳证明。
4第二代SHARC处理器
第二代SHARC处理器将处理性能提升到了一个新的水平。它将内核架构扩展到单指令多数据(SIMD)系统，并将内核时钟频率提高到100MHz。ADSP-2116x系列处理器保持了与ADSP-2106x SISD处理器源代码的完全兼容，用户只需少量代码修改就可以扮演一个新增加的并行运算单元(寄存器文件+乘法器+ALU+桶形移位器)的角色，相比上一代SHARC可以使循环性能指标翻倍。
为了方便数据传输到这个新增加的运算单元而不降低周期性能，内部PM和DM数据总线宽度增加到64位，同时在ADSP-265438上集成了一个宽度为1161的48位SDRAM控制器，以增加I/O数据传输带宽，从而可以实现高达600MBps带宽的数据传输能力。
正如上一代SISD SHARC一样，第二代SHARC保留了支持集群总线系统架构的多处理器的无缝连接和通过link端口的点对点连接，使得性能升级路线图更加简单清晰。
正如上一代SISD SHARC一样，第二代SHARC系列器件广泛用于医疗、工业和军事应用，并且由于支持时分复用(TDM)和I2S格式的串行端口(SPORT)的额外集成，专业音频和高端消费电子/汽车音频设备可以快速利用处理器浮点操作提供的大动态范围。
5第三代SHARC处理器
第三代SHARC处理器开始跳出多处理器应用空间，主动迎接新的挑战。由于浮点处理在音频应用中的明显优势，SHARC技术发展的重点开始转向以最低的系统成本增加片内处理功能。
以此为目标开发和上市的第一批处理器是ADSP-2126x系列。就像ADSP-2116x一样，ADSP-2126x采用SIMD架构，最大化计算性能。除了将核心性能提升一倍至200MHz，ADSP-21266处理器也是SHARC系列中第一款内置片上掩膜ROM的产品。集成4Mb ROM降低了系统的复杂度和成本，将曾经给人“高成本”印象的浮点DSP推向了消费音频领域。
为了进一步降低硬件系统设计的复杂性，ADI公司开发了一款名为“数字应用接口”(DAI)的创新外设。与以前的SHARC和类似的竞争产品不同，这些产品固定了引脚功能，DAI允许用户将任何外设功能分配给他们想要的任何外部引脚。对于音频系统，这意味着当系统的输入和输出要求发生变化时，音频时钟域可以通过软件随时分配给引脚并路由到串行端口。这种灵活性可以显著减少支持特殊系统规格所需的外部引脚数量，有助于简化硬件设计，并帮助用户进一步降低成本。
ADSP-2136x继承了ADSP-2126x的成本节约优势，并增加了先进的音频信号链集成方法。内核性能提升60%以上，达到333MHz，内部SRAM可提升至3Mb。此外，集成了许多音频外设，如高性能异步采样速率转换器(ASRC)、SPDIF收发器和DTCP加密引擎，进一步优化了音频系统的可编程性能和BOM成本，巩固了ADI公司在音频市场的领先地位。在该系列高性能产品中，还集成了工作频率高达166MHz的32位SDRAM接口，以增加I/O带宽，同时有利于数据密集型应用使用量产存储器。
基于这种突破性的音频系统集成和高性价比的领先优势，第三代SHARC系列不仅广泛应用于专业音频领域，还广泛应用于消费音频应用(如家庭影院系统和AV放大器)，并在将新一代高清音频标准(DTS Master Audio和Dolby Tru-HD)推向市场方面发挥了重要作用。
6第四代SHARC系列――ADSP-2146x
第三代SHARC处理器在优化性价比方面取得了成功，这将浮点处理器推向了对成本敏感的消费类应用，这些应用曾被认为不可能使用昂贵的浮点处理器。
ADI公司现在面临着一个有趣的挑战:如何进一步提高浮点处理器的性价比？
在定义第四代处理器时，产品开发团队关注核心价值，这些价值使SHARC始终处于浮点DSP技术的前沿:
●市场领先的性能
●建筑平衡
●性能可扩展性
●智能集成
下面将详细描述这些关键方面中的每一个。
6.1 ADSP-2146x性能增强
基于对ADSP-2136x系列内核的改进，ADI公司的SHARC开发团队设定了更高的性能目标，并采用了台积电的65纳米硅工艺，以持续优化性能和成本平衡。经过精心的工程设计和规划，ADI公司于2008年6月正式发布了ADSP-2146x系列处理器。其核心性能可达450MHz，比最接近的竞争产品几乎高出30%。然而，ADI公司的设计团队并不满足于仅仅提高性能，他们开始寻求创新的方法来大幅提高计算性能，同时最大限度地降低对功耗和成本的影响。
许多工程师使用浮点处理器提供的宽动态范围来实现各种算法，如模式检测、数据压缩/解压缩、加密/解密和自适应滤波。在许多计算密集型算法中，一些基本的信号处理单元，如FFT、FIR滤波器和IIR滤波器，已经被广泛使用，并且是大多数数字信号处理应用的基础。ADI公司专注于这些核心信号处理构建模块，开始将这些功能集成到2146x DMA架构中，以进一步增强SHARC内核的450MHz性能。
基于一个简单的编程模型，DSP工程师可以将这些“加速器”中的每一个都视为一个简单的外设。每个加速器都配置有自己的本地存储器，用于数据和系数存储，从而不会增加核心处理器的开销。此外，还有一组加速器专用寄存器用于设置加速器，包括主存储器中的系数起始地址和计数器等信息。设置完成后，程序开始按顺序运行，用户只需等待指示处理结束的中断。
FIR加速器包括一个1K字的本地存储器用于存储系数，另一个1K字的存储器用于存储延迟线数据。FIR算术单元包括四个并行的MAC(乘法和累加)单元，每个单元的工作频率是内核时钟频率的一半。通过使用80位精度累加器，算术单元可以执行32位浮点或32位定点处理。理论上，除了内核提供的2.7GFlops性能，这个引擎还可以提供1.8Gflops的处理能力。因此，与第三代产品相比，第四代产品的可用浮点性能一般会提高一倍。
FIR加速器可以在单次迭代模式下使用，这意味着完整的滤波器实现可以放入本地存储器(滤波器长度