76、信号处理数据类型及Cortex-M33 DSP指令介绍

信号处理数据类型及Cortex-M33 DSP指令介绍

1. 信号处理数据类型概述

在信号处理中，有多种数据类型可供使用，主要包括不同大小的整数、浮点值（单精度、双精度等）以及不同大小的定点值。

1.1 为何需要定点数据格式

浮点数据格式在信号处理应用中具有很大优势，它能提供非常宽的信号值动态范围，使得信号处理算法易于实现。然而，许多传统嵌入式处理器（包括一些旧的数字信号处理器）不支持浮点单元（FPU）硬件，只能依靠软件仿真来处理浮点计算，而软件仿真速度极慢，最多可达10倍的差距。同时，在处理中经常需要表示分数数据值，使用带有额外缩放比例的整数虽然可行，但在不同数据类型之间传输值时容易出错。

为解决这些问题，引入了定点格式，它能通过整数运算处理分数值。许多信号处理算法都是使用定点格式开发的，虽然在信号值的动态范围上有一定妥协，但由于嵌入式处理器执行浮点计算指令通常需要多个时钟周期，而整数处理指令通常只需一个时钟周期，因此定点计算可能比浮点计算实现更高的性能。

1.2 分数算术

分数数据类型在信号处理中常用，但很多软件程序员并不熟悉。定点数据操作使用常规整数数据类型（8位、16位、32位等），并将位字段划分为多个部分。通常这些数据值是有符号的，大多数情况下最高有效位（MSB）用作符号位，其余位分为整数部分和小数部分，划分整数部分和小数部分的位位置称为基数点。

基数点的选择取决于应用。在一些嵌入式应用中，省略整数部分，只保留符号位和小数部分的情况很常见。以8位有符号数据为例，有多种定点数据类型，如下表所示：

8位定点数据类