Мысловский Э.В. Цифровые сигнальные процесссоры (2003), страница 4

Если команда уже загружена в кэш, то ее выборка заново не производится,подобный механизм оптимизирует выполнение циклов.Модуль данных содержит узлы предвыборки данных, кэш данных и системууправления загрузки памяти.Самым интересным модулем является модуль управления работой конвейера,модуль выбирает из последовательности команд несколько команд, которые могутвыполняться параллельно исходя из необходимого чередования данных и загрузкиресурсов вычислительного модуля.Выполнение команд производится следующим образом:•Модуль управления работой конвейера уведомляет модуль команд о том,какие команды необходимы для следующей группы•Модульданныхсчитываеттребуемыеданныеипосылаетихввычислительный модуль•Вычислительный модуль выполняет команды и результат помещает в свойрегистровый файл•Необходимыеданныепереписываются19изрегистровогофайлавычислительного модуля в памятьВ конвейере могут возникать следующие конфликтные ситуации•Предвыборка команд требует дополнительных тактов для заполнения кэшакоманд•Предвыборка данных требует дополнительных тактовМодуль управления конвейером также обрабатывает запросы на прерыванияПоскольку суперскалярные процессоры группируют команды, основываясь назависимостях данных, один и тот же набор команд может выполняться за разное время наразличных этапах выполнения программы.

Поэтому время выполнения различных частейпрограммы определить достаточно сложно, что несколько ограничивает применениеданного класса процессоров в системах реального времени, хотя и не исключает.К производимым в настоящее время суперскалярным процессорам следуетотнести семейство LSI40xZ фирмы LSI Logic Corporation.1.3.5 Гибридные процессорыВо многих приборах и устройствах требуется решать задачи управления ицифровой обработки сигналов, например блоки управления двигателем, сотовыетелефоны и т.д.

Для удовлетворения данной потребности были созданы гибридныепроцессоры. Они представляют собой тандем из микроконтроллера и ЦСП.Гибридныйпроцессор,посути,представляетсобойдвапроцессора:микроконтроллер и ЦСП соединенные интерфейсом обмена, состоящим из общей памятии устройства управления обменом, которое программируется как ЦСП, так имикроконтроллером. Каждое ядро способно вызывать любое прерывание другого ядра.Таким образом, обеспечивается совместная работа микроконтроллера и ЦСП.Микроконтроллер строят чаще всего по RISC архитектуре и снабжают, ставшимуже стандартным, набором периферийных устройств:•Сторожевой таймер•Программируемый таймер прерываний•Генератор ШИМ сигналов•Универсальный асинхронный приемопередатчик UART20Среди гибридных процессоров стоит выделить семейство DSP5665X фирмыMotorola, семейство АDМСЗхх фирмы Analog Device, семейство TMS320C24xx фирмыTexas Instruments.1.4 Обзор семейства ЦСП ADSP-21xxСемейство ADSP-21xx (фирмы Analog Devices) представляет собой рядоднокристальных микропроцессоров с архитектурой, оптимизированной для цифровойобработки сигналов.

Отличия разных процессоров друг от друга заключается в различныхдополнениях к базовой архитектуре, кроме того, процессоры ADSP-21msp58/59 имеют накристалле аналоговый интерфейс для обработки смешанных аналоговых/цифровыхсигналов.Базовая архитектура семейства ADSP-21xx включает в себя следующиефункциональные устройства:Вычислительныйустройства-Каждыйпроцессорсодержиттринезависимых вычислительных устройства. АЛУ - для выполнения арифметическихопераций, умножитель-накопитель, для выполнения операции умножения с накоплением,сдвигатель, для выполнения различных операций сдвига.

Все устройства работают счислами с фиксированной точкой разрядностью 16 бит и поддерживают вычисления сповышенной точностью.Генераторы адресов и программный автомат - Два генератора адресаданных и программный автомат генерируют адреса для доступа к данным на кристалле иво внешней памяти.

Программный автомат поддерживает команды условного перехода заодин такт и выполнение циклов с нулевыми затратами ресурсов. Два генератора адресаданных позволяют одновременно генерировать адреса для выбора двух операндов.Память-ПроцессорысемействаADSP-21xxпостроеныпомодифицированной гарвардской архитектуре. Данные хранятся в памяти данных,команды и данные хранятся в памяти программ. Все процессоры семейства ADSP-21xxсодержат на кристалле память, которая занимает часть адресного пространства памятипрограмм и памяти данных, таким образом возможно подключение устройств вешнейпамяти.

Быстродействие памяти на кристалле позволяет за один такт выбирать из памятиданных операнд, а из памяти программ операнд или команду.Последовательные порты - Последовательные порты обеспечивают полноесопряжениясаппаратнымисредствамикомпадирования.Поддерживаютсякомпадирование с А и u - характеристиками. Порты сопрягаются непосредственно со21многими типами последовательных устройств. Каждый порт может генерироватьпрограммированные тактовые синхроимпульсы или принимать внешние тактовыесинхроимпульсы.Таймер - Программируемый таймер/счетчик с предварительным делителемчастоты разрядностью 8 бит обеспечивает генерацию периодических прерываний.Портинтерфейсахост-машины-Портинтерфейсахост-машиныобеспечивает непосредственное соединение (без буферных схем) с хост-процессором.Порт интерфейса с хост-машиной имеет 16 выводов для данных и 11 управляющихвыводов. Такие процессоры, как например Motorolla 68000, Intel 8051 с помощьюинтерфейса хост-машины могут быть легко сопряжены с процессорами семейства ADSP21xx.

Порты прямого доступа к памяти - Имеющийся в процессоре ADSP-21S1 портпрямого доступа к памяти (IDMA) и порт прямого побайтного доступа к памяти (BDMA).Внутренний порт доступа к данным имеет 16 разрядную мультиплексированную шинуадреса и данных и поддерживает работу с 24 разрядной памятью данных. Запись в этотпорт выполняется асинхронно и не влияет на быстродействие программы. Порт прямогодоступа с байтной организацией позволяет обеспечить начальную загрузку памяти данныхи памяти программ.Аналоговый интерфейс - Некоторые процессоры имеют на кристаллесредства поддержки обработки аналоговых сигналов. Эти средства включают: аналогоцифровойпреобразователь(АЦП),цифро-аналоговыйпреобразователь(ЦАП),аналоговые и цифровые фильтры и средства параллельного сопряжения с базовойархитектурой процессора.

Преобразователи используют сигма-дельта модуляцию дляполучения выборки с избыточной дискретизацией.22ПоследовательныйпортПоследовательныйпортПамятьИнтерфейсхост-машиныАналоговыйинтерфейсТаймерРис. 1. Базовая архитектура семейства ADSP-21xx.Архитектура процессоров семейства ADSP-21xx имеет высокую степеньпараллелизма, отвечающую требованиям цифровой обработки. За один такт любойпроцессор семейства может:Сгенерировать новый программный адрес.Выбрать следующую команду.Выполнить одну или две операции пересылки данныхОбновить один или два указателя адреса данных.Выполнить вычисление.В течение одного и того же цикла процессоры, имеющие соответствующиефункциональные устройства, могут:Принимать и/или передавать данные через последовательный(ые) порт(ы).Принимать и/или передавать данные через порт интерфейса хост-машины.Принимать и/или передавать данные через аналоговый интерфейс.Принимать и/или передавать данные через DMA порты.Согласно «Руководству пользователя процессорами семейства ADSP-2100»имеются модели не рекомендуемые для применения в новых разработках см.

таблицу 1.1,и модели рекомендуемые для применения в новых разработках см. таблицу 1.2.23241.5 Типовые области применения цифровых сигнальных процессоров сфиксированной точкойОсновные области применения процессоров с фиксированной точкой:Эхо-компенсаторыМузыкальные инструментыГенераторы функцийСинтезаторыЦифровые фильтрыСпектроанализаторыУльтрозвуковая диагностикаОбработка речевых сигналов и двумерных изображений •> Локальные сетиСистемы управленияНавигационное оборудованиеГидро- и радиолокационные системыВопросы для самопроверки:1.2.В чем отличия между гарвардской и фон-неймановской архитектурой?В чем особенности архитектуры процессоров цифровой обработкисигналов?3.Назовите виды процессоров цифровой обработки сигналов?4.ПриведитесравнительныехарактеристикиЦСПсплавающейификсированной точкой.5.Дайте определение основным функциональным устройствам, входящим всостав ЦСП.6.Дайте характеристику областям применения ЦСП в зависимости от ихосновных характеристик.Задание:Используяинтернетресурсыhttp://dsp.iu4.bmstu.ru,http:// www.autex.ru, http://www.argussoft.ru,http://www.scanti.ru,http://www.motorola.com,http://www.analog.com.

http://www.ti.com и др.) проведите поисковые исследования поодной из следующих тем:•Современные тенденции развития архитектурных решений ЦСП.•Области применения ЦСП.25•Обобщение результатов сравнительных тестов производительности ЦСПразличных фирм,Составить краткий обзор интернет - ресурсов фирм производителей электронныхсистем на базе ЦСП в зоне *.ru, при составлении обзора отработать перечень ключевыхслов для формирования поисковых запросов.26ГЛАВА 2.

Проектирование2.1 Этапы жизненного цикла разработки программыСистемы на базе DSP - это аппаратно-программные комплексы, жизненный циклразработки включает следующие этапы:Анализ и постановка задачи. На этом этапе определяются требования кпрограмме, формулируются требования к входным и выходным данным, их структуре,форматам и методам ввода/вывода в проектируемой системе. Эти артефакты являютсяпредварительными и могут уточняться в ходе дальнейшей разработки.Выборцифровогосигнальногопроцессора.Наосновеартефактов,выработанных на предыдущем шаге разработки, производится выбор семейства цифровыхсигнальных процессорах.Определение структуры данных. Исходя из требований программы,производится разработка структуры данных.Выбор языка программирования.

Исходя из артефактов, созданных напредыдущих шагах, производится выбор языка программирования. На этот выбор можетвлиять множество факторов: сложность задачи, квалификация разработчиков, срокиисполнения и т.д.Разработка алгоритма и структуры программы. На этом этапе производитсяразработка архитектуры программы, создается спецификация на программные модули иих интерфейсы. Определяются используемые стандартные компоненты, рекомендуетсямаксимально использовать стандартные компоненты. Рекомендуется использовать методыструктурного программирования. Имеется два подхода к разработке программы: снизувверх и сверху вниз. Для получения более подробной информации рекомендуетсяобратиться к соответствующей литературе. В настоящее время ряд фирм выпустилисредства разработки, поддерживающие разработку объектно-ориентированных систем.При разработке объектно-ориентированных систем рекомендуется воспользоватьсяунифицированным рациональным процессом разработки программ.

Для получения болееподробной информации рекомендуется обратиться к соответствующей литературе.Написаниепрограммы.Наэтомэтапенеобходимораспределитьобязанности между участниками разработки. Интерфейсы модулей, выработанные напредыдущем шаге, рекомендуется зафиксировать. Желательно установить требования коформлению исходного кода и комментариям.Получениеисполняемойпрограммы.Исполняемыйсоздается с помощью средств, входящих в пакет разработки.27кодпрограммыТестирование и отладка программы. Отладка программы представляет собойпроцесс поиска ошибок в программе.