Signalprozessor

Ein Signalprozessor ist ein speziell entwickelter Mikroprozessor, der für digitale Signalverarbeitung in Echtzeit optimiert ist. Er führt numerische Berechnungen an kontinuierlich oder diskret erfassten Signalen aus und zeichnet sich durch hohen Durchsatz, geringe Latenz und deterministisches Timing aus. Typisch werden Signale wie Audio, Sprache, Radar- oder Kommunikationssignale verarbeitet.

Wesentliche Merkmale eines Signalprozessors sind hardwarebeschleunigte Recheneinheiten wie Multiply-Accumulate (MAC), oft in einer Pipeline organisiert, sowie Unterstützung für Fest- oder Floating-Point-Arithmetik. Viele DSPs verwenden eine Harvard-Architektur mit getrennten Programm- und Datenspeichern und verfügen über spezialisierte Operatoren für Filter- und Transformationsaufgaben (z. B. FIR-, IIR-Filter, FFT) sowie Pufferstrukturen wie Circular Buffers oder FIFO. SIMD-Erweiterungen verbessern den Durchsatz.

Aufbauformen: Signalprozessoren können als eigenständige DSP-Chips, als DSP-Kerne in System-on-Chips (SoCs) oder als spezialisierte Hardwarebeschleuniger in Mikrocontrollern implementiert sein. Sie sind programmierbar (in C, Assembly oder spezialisierten Sprachen) oder fest vorgegeben in Form von Funktionen. Entwicklungswerkzeuge umfassen Compiler, Optimierer, Debugger und Bibliotheken für Signalverarbeitung.

Anwendungsfelder: Sie finden Einsatz in Audio- und Sprachverarbeitung, Mobil- und Festnetzkommunikation, Rundfunk, Radar, Sonar, medizinischer Bildgebung, Robotik, Automotive (Assistenzsysteme) und Industriesteuerungen. In vielen Anwendungen dienen sie als zentrale Recheneinheit, während andere Formate als Hardware-Module integriert sind.

Leistung und Messgrößen: Die Leistungsfähigkeit wird oft in Taktzyklen pro Sekunde, MACs pro Sekunde, Durchsatz, Echtzeitfähigkeit und Wortbreite ausgedrückt (z. B. 16/32 Bit Festkomma oder Gleitkomma). Typische DSP-Standards und Architekturen ermöglichen deterministisches Timing, was für Echtzeitsysteme entscheidend ist. Bekannte Hersteller umfassen Texas Instruments, Analog Devices, NXP/Freescale und STMicroelectronics.