Информация про процессоры фирмы analog devices

взято с сайта кафедры 401 МАИ www.kaf401.rloc.ruМикропроцессоры компании Analog DevicesВведениеМикропроцессоры компании Analog Devices образуют два семейства: ADSP21xx и ADSP21xxx.Семейство ADSP21xx - набор однокристальных 16-разрядных микропроцессоров с общей базовойархитектурой, оптимизированной для выполнения алгоритмов цифровой обработки сигналов и другихприложений, требующих высокопроизводительных вычислений с фиксированной точкой.Микропроцессоры этого семейства на сегодняшний день насчитывают 15 представителей, которыеотличаются 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 плавающейточкой. Семейство представлено микропроцессорами ADSP21010, ADSP21020, ADSP21060,ADSP21062, ADSP21160, ADSP-TS001.В рамках каждого семейства микропроцессоров обеспечивается совместимость снизу вверх по системекоманд. Старшие представители семейства обладают большей производительностью и содержат накристалле дополнительные функциональные блоки.В дальнейшем изложении при рассмотрении сигнальных микропроцессоров компании Analog Devicesбудем выделять общие архитектурные и конструктивные особенности каждого семейства, отмечаянаиболее существенные отличия отдельных его представителей.Микропроцессоры семейства ADSP21ххМикропроцессоры семейства ADSP21xx успешно конкурируют с аналогичной продукцией компанийMotorola и Texas Instruments благодаря высокой производительности и низкой цене, а также наличиюразвитых аппаратных и программных средств разработки прикладных систем.

Высокаяпроизводительность процессоров на сигнальных алгоритмах достигается за счетмногофункциональной и гибкой системы команд, аппаратной реализации большинства типичных длясигнальной обработки операций, высокой степени параллелизма процессов в микропроцессоре,сокращения командного цикла. Микропроцессоры ADSP21xx имеют модифицированную гарвардскуюархитектуру, в рамках которой предусматривается возможность доступа в память команд при еефизическом разделении с памятью данных.

Аналогичную архитектуру, ставшую для процессоровЦОС стандартом де-факто, имеют многие другие процессоры, в том числе и TMS320xxx. Обобщеннаяструктура микропроцессора ADSP21xx приведена на рис. 1.1Рис. 1. Обобщенная структура микропроцессора ADSP21xxКаждый микропроцессор семейства содержит три независимых функциональных блока: АЛУ,умножитель с накоплением (MAC) и устройство барабанного сдвига.

Каждый блок непосредственнооперирует с 16-разрядными данными и обеспечивает аппаратную поддержку вычислений с различнойточностью.Микропроцессор содержит генератор адресов команд и два генератора адресов данных,обеспечивающие адресацию к данным и командам, расположенным как во внутренней, так и вовнешней памяти. Параллельное функционирование генераторов сокращает длительность выполнениякоманды, позволяя за один такт выбирать из памяти команду и два операнда.Последовательные порты обеспечивают интерфейс с большинством стандартных последовательныхустройств, а также с аппаратными средствами сжатия/восстановления данных, использующими А- иµ-законы компандирования.Порт интерфейса с хост-процессором позволяет без дополнительных интерфейсных схемвзаимодействовать с хост-процессором системы, в качестве которого может использоваться какпроцессор данного семейства, так и другой микропроцессор.Микропроцессор ADSP-21msp5x отличается наличием аналогового интерфейса, позволяющеговводить и выводить обрабатываемый сигнал в аналоговой форме.

В состав интерфейсных блоковвходят АЦП, ЦАП, цифровой и аналоговый фильтры, параллельный интерфейс.Микропроцессор ADSP-2181 содержит внутренний порт ПДП и байтовый порт ПДП, которыеобеспечивают быстрый обмен с внутренней памятью. Внутренний порт ПДП поддерживаетасинхронный обмен с памятью программ, а байтовый порт позволяет записывать и читать каккоманды, так и данные.2Микропроцессоры компании Analog Devices отличает высокая степень параллелизма внутреннихопераций.

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. 1Таблица 1.

Основные характеристики микропроцессоров семейства 21ххВозможности2101 2103 2105 2115 2111 2171 2173 2181 2183 21msp58АЛУ++++++++++Блок MAC++++++++++Сдвиг++++++++++Генератор адресов данных++++++++++Генератор адресов команд++++++++++ОЗУ данных, Кслов110,50,512216162ОЗУ команд, Кслов221122216162Таймер++++++++++Многоканальный последовательныйпорт++-+++++++Последовательный порт++++++++++Порт хост-интерфейса----+++--+Порт ПДП-------++-Аналоговый интерфейс---------+Напряжение питания, В53,355553,353,35Производительность (MIPS)201013.820203320333326Общее для семейства ADSP-21xx микропроцессорное ядро изображено на рис. 2.

Арифметикологическое устройство микропроцессора выполняет стандартный набор арифметических и логическихопераций, включая деление. Устройство MAC выполняет операции умножения со сложением(вычитанием) за один такт. Устройство сдвига осуществляет арифметические и логические сдвигиоперандов, нормализацию и возведение в степень.

Функциональные устройства микропроцессорамогут обмениваться результатами выполнения операций по шине внутренних результатов.3Рис. 2. Структура микропроцессорного ядра ADSP21xxВнутренние функциональные блоки связаны между собой с помощью пяти шин: шина адресов памятиданных (DMA), шина адресов памяти команд (РМА), шина данных памяти данных (DMD), шинаданных памяти команд (PMD) шина внутренних результатов (R). Первые четыре шины имеютмультиплексированный внешний интерфейс в виде шины адреса и шины данных (см. рис. 2).По системе команд все микропроцессоры совместимы снизу вверх. Отдельные представителисемейства- ADSP-2171, 2181, 21msp5x - имеют дополнительные и расширенные команды..

Каждаякоманда выполняется за один такт. Многофункциональные команды микропроцессора объединяютнесколько пересылок данных с арифметико-логической обработкой.Все устройства микропроцессора - 16-разрядные и оперируют с данными в формате с фиксированнойточкой. Числа представляются либо как беззнаковые, либо в дополнительном коде. Логическиеоперации выполняются над битовыми строками.4Совершенствование данного семейства микропроцессоров идет в направлении повышения тактовойчастоты, снижения энергопотребления и расширения коммуникационных возможностей процессора.Новый микропроцессор семейства ADSP-219x содержит модифицированное ядро, котороерассматривается компанией Analog Devices как ключевой элемент в технологии созданияперспективных 16-разрядных сигнальных процессоров общего назначения и процессоров длявстроенных решений.Специальные схемотехнические решения на основе данного ядра и программное обеспечениепланируется создавать непосредственно для заказчика, под конкретно заданные требования ихарактеристики.

Для приложений, требующих высокой производительности, будут создаватьсяпроцессоры, содержащие несколько ядер на одном кристалле. В будущем предполагается выпускмикропроцессоров, содержащих 4 ядра на одном кристалле и обладающих производительностью 1,2миллиарда MAC в секунду на 1 квадратный дюйм площади кристалла.Структура микропроцессора ADSP-219x показана на рис. 3.Рис. 3. Структура микропроцессора ADSP-219XПо сравнению с процессорами семейства ADSP-218x, имеющими 14-разрядную шину адреса, всемействе ADSP-219x используется 24-разрядная шина адреса, что позволяет осуществлять прямуюадресацию в пределах 64 Кслов или страничную адресацию в пределах 16 Мслов.

Адресный генераторпроцессоров семейства 219х поддерживает все ранее использованные и пять новых режимовадресации.ADSP-219x программно совместим с предыдущими микропроцессорами семейства ADSP-21xx,обладает большей производительностью (до 300 MIPS) и меньшим энергопотреблением (0,4мBт/MIPS).Микропроцессоры с архитектурой SHARC семейства ADSP2106x5Следующее поколение семейства ADSP 21ххх представлено микропроцессорами ADSP-21060 иADSP-21062. Будучи сходными с ранее рассмотренными микропроцессорами ADSP-210xx поструктуре ядра и совместимыми снизу-вверх по системе команд, эти микропроцессоры обладаютсущественными архитектурными отличиями, что позволило разработчикам выделить их в отдельноеархитектурное семейство SHARC (Super Harvad Architecture Computer).

Архитектура SHARC (рис. 5)продолжает развитие транспьютерного направления в микропроцессорной технике и задает новыйстандарт интеграции сигнальных процессоров в мультипроцессорную систему. Эта архитектураявляется примером гармоничного сочетания принципов по строения распределенных и связанныхсистем, объединяя в себе простоту и эффективность масштабирования распределенных систем судобством программирования систем с разделяемой памятью.Рис.

6. Архитектура SHARCВ SHARC-микропроцессоре объединены высокоэффективное процессорное ядро, выполняющееобработку данных в формате с плавающей точкой, интерфейс с хост-процессором, контроллер ПДП,последовательные порты, коммуникационные линки и разделяемая шина.На тактовой частоте 40 МГц производительность микропроцессоров составляет 80 MIPS и 120 Mflops.Шинный коммутатор соединяет ядро процессора с независимым процессором ввода/вывода,двухвходовой памятью и портом шины мультипроцессорной системы.

Вычислительные модули набазе микропроцессоров ADSP-2106x выпуска ются в виде микропроцессорных кластеров: платы сшинным интерфейсом ISA, PCI или VME содержат от 3 до 8 узлов. Производятся также мезонинныемодули SHARCPAC и TRANSPAC, устанавливаемые в специальныеразъемы материнских плат.Вычислительные модули на базе микропроцессоров SHARC используются в системах радио- игидролокации, в системах распознавания речи и обработки изображений, в средствахтелекоммуникации и медицинской диагностики. Структура микропроцессора ADSP-2106x приведенана рис.

7.6Рис. 7. Структура микропроцессора ADSP-2106XМикропроцессоры ADSP-21060 содержат на кристалле 4 Мбит статической двухвходовой памяти,которая может быть сконфигурирована для работы 16-битными (256 Кслов), 32-битными (128 Кслов)и/или 48-битными (80 Кслов) словами. Вся память может быть произвольно разделена на памятьпрограмм и память данных.Другой представитель этого семейства - микропроцессор ADSP-21062 - отличается от ADSP-21060меньшим объемом внутрикристальной памяти (2 Мбит).Общее адресуемое пространство микропроцессора составляет 4 Гслова.