Микропроцессоры компании Analog Devices (1015569), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Интерфейс позволяет с минимумом дополнительного оборудования подключаться к стандартным 16- или 32-разрядным микропроцессорным шинам. Интерфейс служит внешним портом, отображенным в адресное пространство, и обеспечивает асинхронную передачу данных.

Хост-процессор генерирует запрос шины. ADSP-2106x предоставляет шину по завершении текущего такта, выдавая сигнал предоставления шины и сигнал готовности. Хост-процессор может читать из памяти и записывать в память ADSP-2106x.

Обнаружение ошибок при передаче

В специальном управляющем регистре хранится информация о состоянии счетчика полубайтов каждого порта линка. Если по завершении передачи счетчик не обнулен, то вырабатывается сигнал, свидетельствующий об ошибке при передаче. Для контроля этого сигнала применяются специальные протоколы на передающем и принимающем концах линка.

В конце передачи блока слов передающий ADSP-2106x должен настроить свой порт на прием. Протокол обмена предусматривает передачу одного дополнительного пустого слова. Это позволит принимающему ADSP-2106x переслать соответствующее сообщение передающему. Протокол приема после получения блока данных предусматривает выработку прерывания для чтения управляющего регистра и передачи соответствующего сообщения передающему ADSP-2106x.

Микропроцессоры с архитектурой SHARC семейства ADSP-2116X;

Следующей разработкой компании Analog Devices явились 32-разрядные микропроцессоры семейства SHARC - ADSP-2116x, представленные в 1998 году.

Основным отличием семейства ADSP-2116x от ADSP-2106x является наличие в составе микропроцессорного ядра двух процессорных элементов. Процессорные элементы могут одновременно выполнять команду, каждый над своими данными (режим SIMD). SIMD-обработка данных позволяет существенно увеличить производительность микропроцессора при незначительном изменении программной модели. Отличием от микропроцессоров предыдущей серии является также увеличенная разрядность внутренних шин.

Каждый процессорный элемент содержит набор обрабатывающих устройств: 32-, 40-разрядное арифметико-логическое устройство с фиксированной и плавающей точкой, 32-, 40-разрядный умножитель в формате с плавающей точкой с 80-разрядным регистром-аккумулятором, устройство барабанного сдвига, регистровый файл - 32 40-разрядных регистра.

Структура микропроцессора ADSP-2116x показана на рис. 8.

Рис. 8. Структура микропроцессора ADSP-2116x

Новая серия микропроцессоров программно совместима с ADSP-2106x на уровне исполняемых кодов. Система программирования ADSP-2116x - ADI Visual DSP - включает трансляторы, отладчики, оптимизированные библиотеки, а также аппаратные средства поддержки разработки.

Микропроцессор ADSP21160 является первым представителем новой серии. Он содержит 4 Мбит внутренней памяти, 14 каналов ПДП, 6 линков. Приведем основные характеристики данного микропроцессора:

• выполнение команд за один такт, в том числе, двумя вычислительными блоками, в SIMD-режиме;

• наличие сдвоенного генератора адреса;

• наличие команд ускорения обработки циклов;

• тактовая частота 100 МГц;

• пиковая производительность 600 Mflops;

• напряжение питания 2,5 В.

При относительно небольшой тактовой частоте высокая реальная производительность микропроцессоров ADSP-2116x достигается благодаря эффективной системе команд. Например, программа КИХ-фильтрации для микропроцессора TMS320C67x содержит 100 команд, тогда как программе для ADSP-2116x требуется всего 25 команд.

В табл. 2 приведены результаты тестирования микропроцессоров семейства SHARC на распространенных алгоритмах ЦОС.

Таблица 2. Производительность микропроцессоров семейства SHARC

	ADSP-21065L SHARC	ADSP-21160 SISD	ADSP-21160 SIMD
Тактовая частота	66 МГц	100 МГц	100 МГц
Длительность такта	15 нс	10 нс	10 нс
Mflops средняя	132 Mflops	200 Mflops	400 Mflops
Mflops пиковая	198 Mflops	300 Mflops	600 Mflops
Комплексное БПФ на 1024 точки	274 мкс	180 мкс	90 мкс
Звено КИХ-фильтра	15 нс	10 нс	5 нс
Звено БИХ-фильтра	60 нс	40 нс	20 нс
Умножение матриц:
[3x3]* [3x1]	135 нс	90 нс	45 нс
[4x4]* [4x1]	240 нс	160 нс	80 нс
Деление	90 нс	60 нс	30 нс
Извлечение квадратного корня	135 нс	90 нс	45 нс

Микропроцессор TigerSHARC - ADSP-TS001

Пути дальнейшего повышения производительности компания Analog Devices связывает со статическим выявлением параллелизма уровня команд. ADSP-TS001 - первый микропроцессор семейства TigerSHARC с новой статической суперскалярной архитектурой. Процессоры TigerSHARC сочетают возможности цифровой обработки сигналов с особенностями RISC и VLIW.

В ADSP-TS001 поддерживаются на высоком уровне такие присущие процессорам ЦОС характеристики, как короткий машинный такт с детерминированной длительностью, быстрая реакция на прерывания и эффективный интерфейс с периферийными устройствами. Это достигается использованием VLIW-подхода к планированию загрузки функциональных блоков (выявление параллелизма уровня команд на этапе компиляции и возможность независимого задания в программе порядка загрузки функциональных блоков) и RISC-подхода к исполнению команд (фиксированная структура команды, конвейерное выполнение за один такт до четырех 32-разрядных операций над данными в регистровом файле, предсказание переходов и т. д.). Работая на тактовой частоте 150 МГц, процессор ADSP-TS001 обеспечивает наибольшую производительность среди процессоров семейства SHARC как при обработке данных с фиксированной точкой, так и при работе с данными в формате с плавающей точкой. ADSP-TS001 может обрабатывать 8-, 16-, 32-разрядные типы данных с фиксированной и плавающей точкой, причем скорость обработки увеличивается при уменьшении разрядности данных.

Рассмотрим основные характеристики микропроцессора ADSP-TS001.

Производительность:

• 1200 ММАС/с (Millions MAC per Second - миллионов "умножений с накоплением" в секунду) на частоте 150 МГц - 16 бит с фиксированной точкой;

• 300 ММАС/с на частоте 150 МГц - 32 бита с плавающей точкой;

• 900 Mflops - 32 бита с плавающей точкой.

Память:

• 6 Мбит встроенной SRAM, общей для данных и команд (в отличие от традиционной гарвардской архитектуры);

• адресуемое пространство до 4 Гбайт;

• встроенный контроллер динамической памяти SDRAM.

Коммуникационные возможности:

• скорость передачи данных через внешнюю шину 600 Мбайт/с;

• суммарная скорость передачи данных через 4 порта связи 600 Мбайт/с;

• возможность объединения в многопроцессорную конфигурацию (до 8 процессоров ADSP-TS001) без использования дополнительных интерфейсных схем;

• 4 порта ввода/вывода общего назначения.

Внутренняя структура процессора TigerSHARC показана на рис. 9.

Рис. 3.25. Структура микропроцессора ADSP-TS001

В состав микропроцессора входят: вычислительные блоки, память, 2 АЛУ адресной арифметики, блок формирования последовательности команд (секвенсор) и периферийные компоненты.

Каждый из вычислительных блоков X и Y содержит 32-регистровый файл, умножитель, АЛУ и 64-разрядное устройство сдвига.

Эффективная загрузка функциональных устройств микропроцессора, планируемая в соответствии с VLIW-подходом на стадии компиляции программы, позволяет процессору в одном такте выполнять восемь 40-разрядных операций умножения с накоплением 16-разрядных данных, две 40-разрядных операции умножения с накоплением 16-разрядных комплексных чисел или две 80-разрядные операции умножения с накоплением 32-разрядных данных.

Два АЛУ (J, К) предназначены для вычисления адресов, но могут быть использованы и для выполнения целочисленных операций над данными. Каждое АЛУ имеет свой 32-регистровый файл, поддерживает циклические буферы и бит-реверсивную адресацию.

Секвенсор обеспечивает порядок исполнения команд, при котором каждая очередная команда выполняется в соответствии с результатом предварительно заданного условия. Кроме того, одна и та же команда может быть выполнена двумя вычислительными блоками одновременно с использованием различных значений данных (SIMD-обработка).

Для уменьшения потерь производительности, связанных с необходимостью перезагрузки исполнительных конвейеров в случае выполнения переходов, в микропроцессоре используются буфер адресов перехода (ВТВ - Branch Target Buffer) и статическое предсказание переходов.

Внутренняя и внешняя память микропроцессора организованы в виде единого адресного пространства. Внутренняя память разделена на три 128-разрядных блока по 2 Мбит каждый, что позволяет при обращении к памяти читать из нее в регистровый файл учетверенные, длинные и нормальные слова, выбирать в каждом цикле до четырех 32-разрядных команд. Одновременно может быть загружено в регистровый файл или записано в память 256 битн данных. Данные с длиной слова 8, 16 или 32 разряда могут записываться в память последовательно в упакованном виде. При работе на тактовой частоте 150 МГц скорость обмена с внутренней памятью составляет 7,2 Гбит/с.

Шинная структура микропроцессора обеспечивает возможность одновременной передачи двух операндов результата. Три 128-разрядные шины образуют быстродействующий канал передачи данных между внутренними функциональными блоками и внешними периферийными устройствами. Высокоскоростной 64-разрядный интерфейс внешней шины позволяет строить на базе ADSP-TS001 мультипроцессорные системы, объединяющие до 8 процессоров. На рис. 10 показана одна из возможных подобных систем.

Рис. 10. Использование ADSP-TS001 в многопроцессорных системах

Наряду с внешней шиной, для взаимодействия между процессорами могут использоваться порты связи. Передача данных через порты связи выполняется отдельным процессором ввода/вывода и не требует вмешательства ЦП. Данный способ не имеет ограничений по числу взаимодействующих процессоров и обладает большей гибкостью, однако обеспечивает меньшую пропускную способность.

При производстве следующих микропроцессоров семейства TigerSHARC планируется использовать меньшие технологические нормы, что позволит увеличить тактовую частоту. Кроме этого, разные представители семейства будут различаться объемами встроенной памяти и составом интегрированных периферийных устройств.

Основная область применения микропроцессоров TigerSHARC - телекоммуникации, требующие высокопроизводительной обработки данных: базовые станции сотовых сетей третьего поколения, приложения, связанные с передачей речи по сетям с протоколом TCP/IP (VoIP - Voice over IP), серверы и сетевые концентраторы.

Микропроцессор ADSP-21535 Blackfin

Характеристики

Список файлов книги