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定点硬件的好处

数字硬件正在成为实现控制系统和信号处理滤波器的主要手段。数字硬件可分为现成硬件(如微控制器、微处理器、通用处理器和数字信号处理器)或自定义硬件。在这两种类型的硬件中,有许多架构设计。这些设计涵盖了从单指令单数据流处理单元的系统到多指令多数据流处理单元的系统。

在数字硬件中,数字以定点或浮点数据类型的形式来表示。对于这两种数据类型,字长的位数都是固定的。但是,定点值的动态范围远小于字长相同的浮点值。因此,为避免溢出或不合理的量化误差,必须对定点值进行定标。既然浮点处理器可以大大简化控制规则或数字滤波器的实时实现,并且浮点数可以有效逼近实际数字,那么为什么还要使用具有定点硬件支持的微控制器或处理器?

  • 大小和功耗 - 与浮点硬件相比,定点硬件的逻辑电路的复杂性要低得多。这意味着与浮点硬件相比,定点芯片的大小更小、功耗更低。以一款移动电话为例,它的一个产品设计目标是移动性尽可能高(小巧轻便)。如果使用现今的高端浮点通用处理器,则还需要大型散热器和电池,从而导致移动电话成本高昂、体积庞大而且很重。

  • 内存使用和速度 - 通常,执行定点计算需要更少的内存和更少的处理器时间。

  • 成本 - 在性价比是一项重要考虑因素的情况下,定点硬件更具成本效益。在产品(尤其是批量生产的产品)中使用数字硬件时,定点硬件的成本远低于浮点硬件,从而可以显著节省成本。

在决定使用定点硬件后,下一步是选择一种实现动态系统的方法(例如控制系统或数字滤波器)。由于时间或内存大小的限制,通常会排除浮点软件仿真库。因此,在对二元整数值进行定标时只能选用定点数学。