Микропроцессоры компании Analog Devices

Скачано с сайта https://StudIzba.com

Микропроцессоры компании Analog Devices

Введение

Микропроцессоры компании Analog Devices образуют два семейства: ADSP21xx и ADSP21xxx.

Семейство ADSP21xx - набор однокристальных 16-разрядных микропроцессоров с общей базовой архитектурой, оптимизированной для выполнения алгоритмов цифровой обработки сигналов и других приложений, требующих высокопроизводительных вычислений с фиксированной точкой. Микропроцессоры этого семейства на сегодняшний день насчитывают 15 представителей, которые отличаются друг от друга, в основном, расположенными на кристалле периферийными устройствами, такими как кэшпамять, таймеры, порты и т. п.

Второе семейство микропроцессоров ADSP210xx объединяет 32-разрядные микропроцессоры, ориентированные на сигнальные алгоритмы, требующие выполнения вычислений с плавающей точкой. Семейство представлено микропроцессорами ADSP21010, ADSP21020, ADSP21060, ADSP21062, ADSP21160, ADSP-TS001.

В рамках каждого семейства микропроцессоров обеспечивается совместимость снизу вверх по системе команд. Старшие представители семейства обладают большей производительностью и содержат на кристалле дополнительные функциональные блоки.

В дальнейшем изложении при рассмотрении сигнальных микропроцессоров компании Analog Devices будем выделять общие архитектурные и конструктивные особенности каждого семейства, отмечая наиболее существенные отличия отдельных его представителей.

Микропроцессоры семейства ADSP21хх

Микропроцессоры семейства ADSP21xx успешно конкурируют с аналогичной продукцией компаний Motorola и Texas Instruments благодаря высокой производительности и низкой цене, а также наличию развитых аппаратных и программных средств разработки прикладных систем. Высокая производительность процессоров на сигнальных алгоритмах достигается за счет многофункциональной и гибкой системы команд, аппаратной реализации большинства типичных для сигнальной обработки операций, высокой степени параллелизма процессов в микропроцессоре, сокращения командного цикла. Микропроцессоры ADSP21xx имеют модифицированную гарвардскую архитектуру, в рамках которой предусматривается возможность доступа в память команд при ее физическом разделении с памятью данных. Аналогичную архитектуру, ставшую для процессоров ЦОС стандартом де-факто, имеют многие другие процессоры, в том числе и TMS320xxx. Обобщенная структура микропроцессора ADSP21xx приведена на рис. 1.

Рис. 1. Обобщенная структура микропроцессора ADSP21xx

Каждый микропроцессор семейства содержит три независимых функциональных блока: АЛУ, умножитель с накоплением (MAC) и устройство барабанного сдвига. Каждый блок непосредственно оперирует с 16-разрядными данными и обеспечивает аппаратную поддержку вычислений с различной точностью.

Микропроцессор содержит генератор адресов команд и два генератора адресов данных, обеспечивающие адресацию к данным и командам, расположенным как во внутренней, так и во внешней памяти. Параллельное функционирование генераторов сокращает длительность выполнения команды, позволяя за один такт выбирать из памяти команду и два операнда.

Последовательные порты обеспечивают интерфейс с большинством стандартных последовательных устройств, а также с аппаратными средствами сжатия/восстановления данных, использующими А- и µ-законы компандирования.

Порт интерфейса с хост-процессором позволяет без дополнительных интерфейсных схем взаимодействовать с хост-процессором системы, в качестве которого может использоваться как процессор данного семейства, так и другой микропроцессор.

Микропроцессор ADSP-21msp5x отличается наличием аналогового интерфейса, позволяющего вводить и выводить обрабатываемый сигнал в аналоговой форме. В состав интерфейсных блоков входят АЦП, ЦАП, цифровой и аналоговый фильтры, параллельный интерфейс.

Микропроцессор ADSP-2181 содержит внутренний порт ПДП и байтовый порт ПДП, которые обеспечивают быстрый обмен с внутренней памятью. Внутренний порт ПДП поддерживает асинхронный обмен с памятью программ, а байтовый порт позволяет записывать и читать как команды, так и данные.

Микропроцессоры компании Analog Devices отличает высокая степень параллелизма внутренних операций. За один такт процессор может:

• генерировать адрес следующей команды;

• загрузить из памяти следующую команду;

• выполнить 1 или 2 пересылки данных;

• обновить 1 или 2 указателя на данные;

• выполнить операцию.

Микропроцессор, имеющий соответствующее устройство, может в этом же такте:

• принять и/или передать данные через последовательные порты;

• принять и/или передать данные хост-процессору;

• принять и/или передать данные через аналоговый интерфейс.

Основные характеристики микропроцессоров семейства ADSP-21xx приведены в табл. 1

Таблица 1. Основные характеристики микропроцессоров семейства 21хх

Общее для семейства ADSP-21xx микропроцессорное ядро изображено на рис. 2. Арифметико-логическое устройство микропроцессора выполняет стандартный набор арифметических и логических операций, включая деление. Устройство MAC выполняет операции умножения со сложением (вычитанием) за один такт. Устройство сдвига осуществляет арифметические и логические сдвиги операндов, нормализацию и возведение в степень. Функциональные устройства микропроцессора могут обмениваться результатами выполнения операций по шине внутренних результатов.

Рис. 2. Структура микропроцессорного ядра ADSP21xx

Внутренние функциональные блоки связаны между собой с помощью пяти шин: шина адресов памяти данных (DMA), шина адресов памяти команд (РМА), шина данных памяти данных (DMD), шина данных памяти команд (PMD) шина внутренних результатов (R). Первые четыре шины имеют мультиплексированный внешний интерфейс в виде шины адреса и шины данных (см. рис. 2).

По системе команд все микропроцессоры совместимы снизу вверх. Отдельные представители семейства- ADSP-2171, 2181, 21msp5x - имеют дополнительные и расширенные команды.. Каждая команда выполняется за один такт. Многофункциональные команды микропроцессора объединяют несколько пересылок данных с арифметико-логической обработкой.

Все устройства микропроцессора - 16-разрядные и оперируют с данными в формате с фиксированной точкой. Числа представляются либо как беззнаковые, либо в дополнительном коде. Логические операции выполняются над битовыми строками.