Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов, практический подход (2-е изд., 2004) (1095888), страница 143
Текст из файла (страница 143)
Как и семейство ТМБ320С67х, процессоры Т(йегБНАКС нацелены на масштабные многоканальные приложения, такие как мобильные системы третьего поюления (беспроводные системы третьего поколения), цифровые абонентские линии (хРБЬ) и модемы удаленного множественного доступа для служб 1пгегпек Процессор Т(йегБНАКС с его статической суперскалярной архитектурой (см. рис. 12.14 и раздел 12.3.1) объединяет хорошие особенности архитектуры ЧЫ%, обычной архитектуры ЦОС и компьютеров ВЛБС (гв$цсед шз1гцсйоп зег сошрцГег — компьютер с сокращенным набором команд). Процессор имеет два операционных блока, в каждом из которых есть умножитель, АДУ и 64-битовая схема сдвига.
Процессор может выполнять до восьми операций язв Глава 12. Универсальные и специализированные процессоры ЦОС умножения-накопления за такт с 16-битовыми входами н 40-битовым накоплением, две 40-битовые операции умножения-накопления с 16-битовыми комплексными данными или две 80-битовые операции умножения-накопления с 32-битовыми данными. При 8- битовых данных Т(йегБНАВС может выполнать до 16 операций в такте. Т(8егБНАКС имеет значительную пропускную способность памяти, а сама память организована в трн 128-битовых блока.
При работе с данными могут использоваться разные форматы— обычные 32-бнтовые слова, длинные 64-битовые слова и учетверенные 128-битовые слова. В одном такте может обрабатываться до четырех 32-битовых команд. Чтобы избежать использования больших служебных издержек (недостаток структуры ЧЫ'1е'), длинные командные слова могут разбиваться на отдельные короткие команды, которые затем передаются независимо каждому блоку. В последние годы вопрос выбора процессора ЦОС для конкретного приложения становится важным, поскольку число доступных процессоров продолжает расти [1, 8).
В число специфических факторов, которые следует рассмотреть при выборе процессора ЦОС для данного приложения, входят архитектурные особенности, скорость выполнения, тип арифметики н длина слова. 1. Архитектурные особенносаи. Большинство доступных сейчас процессоров ЦОС имеют хорошие архитектуры, ресурсов иэторых, впрочем, может не хватать для определенного приложения. Ключевыми характеристиками процессоров являются размер встроенной памяти, наличие специальных команд и возможности ввода-вывода. Наличие встроенной памяти — необходимое требование в большинстве приложений ЦОС реального времени, поскольку это означает быстрый доступ к данным и быстрое выполнение программы.
Для приложений со строгими требованиями к памяти (цифровое аудио, система 1)о!Ъу, факс-модем, кодирование-декодирование МРЕО) размер внутренней памати ОЗУ может стать решающим фактором при выборе процессора. Если внутренней памяти недостаточно, ее можно дополнить высокоскоростной внешней памятью, хотя зто может привесги к увеличению стоимости системы.
Для приложений, требующих быстрых и эффективных вычислений или обмена потоками данных с внешним миром, весьма важны такие средства ввода-вывода, как интерфейсы к АЦП и ЦАП, возможность прямого доступа к памяти и поддержка многопроцессорной обработки. В зависимости от приложения важен богатый набор специальных команд поддержки операций ЦОС, например, возможность организации циклов с нулевыми служебными издержками, специализированные команды ЦОС и круговая адресация. 2.
Скоросгнь выполнения. Поскольку большинство задач ЦОС требует срочного решения, важной мерой производительности является скорость процессоров ЦОС. Традиционно двумя основными единицами измерения этой величины являются тактовая частота процессора в мегагерцах и число выполняемых команд в миллионах команд эа секунду (Мййоп 1пзнцснопз Рег Бесопд — М1РБ) или, если используются процессоры ЦОС с плавающей запятой, в миллионах операций с плавающей запятой 12.4. Выбор цифровою процессора сипзалоа 319 в секунду (пи1йоп йоаг)пя-роЫ орегайопз рег зесопд — МРЬОРЗ). Впрочем, подобные меры могут в некоторых случаях не подходить из-за значительных отличий в принципах работы различных процессоров ЦОС, большинство из юторых может выполнять несколько операций в одной машинной юманде. Например, в семействе процессоров С62х возможно выполнение восьми команд за такт.
Для разных процессоров также отличается число операций, выполняемых в каждом такте. Следовательно, сравнивать скорости работы процессоров на основе названных выше мер бессмысленно. Альтернативная мера основана на скорости выполнения контрольных алгоритмов 11, 7) — например, центральных алгоритмов ЦОС, таких как БПФ, КИХ- и БИХ-фильтрацня. В табл. 12.1 и 12.2 представлены коэффициенты производительности, рассчитанные на основе подобных юнтрольных алгоритмов; изучая эти данные, можно получить представление об относительной производительности различных популярных процессоров ЦОС.
3. Тил арифмеглики. Двумя наиболее распространенными типами арифметики, используемыми в современных процессорах ЦОС, являются арифметики с фиксированной и плавающей запятой. Арифметика с цлаваюшей запятой — это естественный выбор в приложениях с широкимн и переменными требованиями к динамическому диапазону (динамический диапазон можно определить как разность между наибольшим и наименьшим уровнем сигнала, который можно представить, или как разность между наибольшим сигналом н минимальным уровнем шума, измеренными в децибелах). Процессоры с фиксированной запятой предпочтительны с точки зрения низкой стоимости, они подходят для массового производства (например, сотовые телефоны и компьютерные дисководы).
При использовании арифметики с фиксированной запятой возникают вопросы, связанные с ограничениями динамического диапазона, которые обязательно должен рассмотреть разработчик (см, главу 13). Вообще процессоры с плавающей запятой дороже процессоров с фиксированной запятой, хотя в последние годы разница в цене существенно уменьшилась. Отметим также, что большинство существующих процессоров ЦОС с плавающей запятой также поддерживают арифметику с фиксированной запятой. 4. Длина слова. Еще одним важным параметром в ЦОС является длина слова данных процессора, поскольку она может существенно влиять на качество сигнала. Эгот параметр определяет, насколько точно можно представить параметры и результаты операций ЦОС (см.
главу 13). Вообще, чем длиннее слово данных, тем меньше ошибки при цифровой обработке сигнала. В аудиообработке с фиксированной запятой, например, для поддержания СО-качества длина слова процессора должна быть не меньше 24 бит, что позволит поддержать наименьший уровень сигнала достаточно выше минимального уровня шума, генерируемого обработкой сигнала. В процессорах ЦОС с фиксированной запятой используются разнообразные длины слов процессоров, в зависимости от приложения (см. табл. 12.1). В процессорах ЦОС с фиксированной запятой, нацеленных на рынок телекоммуникаций, обычно используются слова 16-битовой длины (например, ТМБ320С54х), тогда как в процессорах, нацеленных на аудиоприложения высокого качества, используются 24 бит (например, РЯР56300).
В последние годы авторы отмечают тенденцию к использованию большего числа битов для АЦП н ЦАП 1например, 24-битовый аудиокодск 821 12.5. Реапивация алгоритмов ЦОС на универсальных процессорах ЦОС Ыл- г) у(с) Коэффнцнснты Данные Данные Коэффнцнснты Рис. 12.24. Рсаяиэация КИХ-фильтра: а) структура фильтра; б) карты памяти коэффициентов и данных; в) альтернативная карта памяти Программа 12.1. Псевдокод С длл выполнения КИХ-фильтрации пв1 Н-1Г уп-Ог гог()с=от )с,пв1;++к)( /* данные смещаются, чтобы освободить место для новой выборки */ х(гвп1-К] х[пв1-К-1)Г х[О) хпг ] гог(Х Ог )с,иго+)с!( уп=уп+И[К]*х[)с]г /* данные фильтруются и вычисляется выходная выборка*/ геецгп(уп)г /» вмходная вмборка фильтра */ Предположим, что данные на трехкозффициентный КИХ-фильтр поступают с АЦП.
Первое, что нужно сделать — выделить два набора соседствующих ячеек памяти (в ОЗУ), один для хранения входных данных (х(п),х(п — 1),х(я — 2)), а другой для хранения юзффицнентов фильтра, (Ь(0), Ь(1), Ь(2)), как показано ниже: ОЗУ данных Память юзффициентов 0 Ь(0) 0 Ь(1) 0 Ь(2) а22 Глава 12. Универсальные н специализированные процессоры ЦОС у(3) = Ь(0)х(3) + Ь(1)х(2) + Ь(2)х(1) Во время инициализации значения ячеек ОЗУ, в которых планируется хранить выборки данных, обнуляются, поскольку фильтр всегда начинает работу, не имея данных. Затем выполняются следующие операции. 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
