Солонина А., Улахович Д. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов (2002) (1095891), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Методы и алгоритмы цифровой обработки сигналов Повсеместное распространение идей ЦОС ставит перед разработчиками новые виды задач, которые либо не могут быть обеспечены олним процессором, либо это такис узкоспециализированные задачи, решение которых возможно только на более сложных процессорах. В подобных случаях создаются специальныс ЦПОС, которые по требованию заказчика могут солержать дополнительные функциональные блоки: блок битманипушщий, блок помехоустойчивого колирования, устройства, автоматически реализующего БПФ и т. д.
Кроме заказных процессоров (рис. 1.24), создаются мультипроцессоры на базе однокристальных. "4ультгнтроцессоры обладают: П большим количеством внешних шин; П логикой совместного доступа к шинам; П вы вылелепными параллельными портами, предназначенными лля межпроцессорной связи Наибо иболее перспективными являются интегральные схемы когорыс строятся на базе «г)ер.
Такие схемы в одном кристалле содержат собственно Е(ПОС н пользовательскую схему, благодаря чему сочетаются лостоннства ЦПОС ( рограммирусмость, наличие инструментальных срелств разработки и биб(и огх Глава 2 Замечание Таблица 1.гк. Характеристика ядер Поставщик Истснннк сигнвлв (внвлсг сваг а1 „ц„исрг введя цифрсвсй вычнслигвли псрг п вывсдв *нвлсгсвый сигнйл 25,0 50.0 16 16 — 24 С 02400 С 02450 С1агсврог Оев10п 08Р Огоцр 40,0 40,0 Р!пе08РСоге Оак08РСоге 16 16 40,0 16 0950-СОВЕ АОЗСх21 Т32ОС2х1 Р ТЕС320С52 М320С25 868 — Тпопгеоп Тепв1вер Оев10п 30,0 16 40,0 50,0 16 16 Техав 1пввц- гпеп1в 15,0 16 3 Зоб Алгорнпяы и лрацессоры цифровой обработки сигналов лиотек программ) с достоинствами заказных схелг (высокая производитель- ность, малые габаргиты, лгааое энергопотребление).
Определение ядра еще не устоялось; поставщики по-разному представляют, что именно включается в ядро. Твк, фирма техов 1пввигпеп1э включает ие только собственно процессор, но также память и периферию; фирмы С1агсерог 0ее10п и 08Р бгоор добавляют память, но ие включают периферию, а фирма ЗОЗТиогпеоп имеет в виду только собственно процессор без периферии и памяти. Здесь под ядролг понимается ЦПОС, на основе которого строится заказная интегральная схема.
Однилг иэ вариантов конструирования подобных схелг являются приклалные специализированные интегральные схемы АЗ)С (Арр!юайоп-Зресгбс 1втейгатег1 С)гсгг1(з), получившие название проблемно-ориентированных ИС. Схема АЯС (см. рис. 1.24) включает в себя ЦПОС-ядро как один из эле- ментов общего кристалла, а также разнообразные порты, заказные цепи, память, лшкрокоитроллеры, кодеки. В настоящее время известно несколько компаний — поставшиков ядер для А81С (табл.
1.9). Ядерное Разрядность Производительность семейство (М1РЗ) Архитектура цифровых процессоров обработки сигналов 2Л. Реализация цифровой обработки сигналов Реальные сигналы, как правило, являются аналоговыми (рсчь, музыка. информация с датчиков, например, температурных, и т. д.). Обработка сигналов может производиться аналоговой и цифровой системами. Достоинства цифровых систем обработки информации и сигналов обшензвсстны, и в данной книге не обсуждаются.
Общая структура цифровой системы обработки информации приведена на рис. 2.1. Рис. 2.1. Система цифровой обработки сигнала АЦП (аналого-цифровой преобразователь) формирует из аналогового сигнала цифровой. ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) осушествляст обРатное преобразование цифрового сигнала в аналоговый Последнее преобразование не требуется в системах, где па основе обработки сигнала выносится некоторое решение, и нет необходимости восстанавливать исхолный аналоговый сигнал. ПоРты ввокга/вывода осУшесгвлают ввод пифРоного сигнала лля обработки в вычислитель и, при необходимое~и, вывод результатов.
Если цифровой вычислитель и источник сигнала (или получатель сигнала) разнесены территориально, в систелгу обработки входят устройства пе е ередачи сигнала по каналам связи, причем может перелаваться как цифровой с В й (с выхола АЦП по цифровым каналам связи), так и аналоговый сипгал. последнем случае на вход АЦП поступает сигнал иэ канала связи.
Цифровая обработка сигнала (ЦОС) в вычислителе может выполняться разНылш способацп с помощью самой разнообразной элементной базы. Глава Я. Архитектура цифровых процессоров обработки сигналов 5б Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов 5? Вычислитель может быть реализован аппаратным способом (устройство с жесткой логикой) н программным метолом. Элементная база вкл<очает различные непрограммируел<ые (работаю<цие ие под управлениел< программы) и программируемые устройства. К иепрограмлшруемым алемсптал< относятся интегральные схемы АБ(Сз (Арр!)сацоп Брсс<йс 1<цедю<ей С)гсц<иц специализированные или проблемно-ориентированные интегральные схем<а) Р! Оз (РгойташшаЫе (ой(с Оечсез, программируемые логические устройства), РРОА (Р<е(о РгойгашпыЫе Оа<е Апауз).
Программируемыми элементами являются ли<крокоитроллеры, универсальные процессоры общего назначения разного тина (В!БС и С!8О. и, наконец, ЦПОС (цифровые процессоры обрабогки сипшла). Следует отметить, что устройства типа РГ.Г), РРОА "программируются" для реализации имп определенной функции. В результате получается некоторая специализированная ИС.
11а основе схем тииз Р! Г) возможно получение и программируемого процессора. в том числе процессора ш<фровой обработки сигнала. Не существует и невозможно построить цифровой процессор, эффективно выполняюишй любыс прикладныс программы. Д.щ кахгдо« задачи можно подобрать <аиболее иодхолящий и лучший по калому-то критерию процессор.
Первые ЦПОС. появившиеся в начале 80-х годов ХХ нека, предстаю<злись потребителям сугубо спеииализироваинылш. В настоящее зрел<я они используются в очень многих констрултивных решешшх: авшмобилях, ЭВМ, музыкальных инструл<ситах, видеотехнике, медицинской аппаратуре. Этот список может быть беслонечныл<.
причел< сфера использования ЦПОС непрерывно расширяется. В !1! отмечается (см. изт<т.ебвшай.сош). что сегмент мирового рынка процессоров. занятый ЦПОС, в 2000 г. был самым большим и диналищным, традиционно уступая только 8-разрядным микроконзроллерал<. Продажи ЦПОС в долларах в 2000 г. возросли по сравнению с 1999 г. на 40%, в то время как пролажи всех п<юцессоров — только на 30%. Эффективность и скорость решения задач ЦОС при использовании различной элементной базы будут отличаться. Решение задачи ЦОС ири примерно равных талтовых частотах ззнил<ает приблизительно в три раза больше зрел<сии нз универсальных процессорах по сравнению с щюцессорзми ЦПОС Например, в процессоре <8086 операция сложения занимает три такта, операщщ умножения больше 100 тактов, в то время как в ЦПОС для этих операций необходимо по одному такту.
На сайте компании Вегйе!еу Оегййп Тесйпо!ойу, 1пс. (ВОТ1) (й!!Р://т«г<т.)<бб.сош/) приводятся следу<ощие да<еые: решенно зазачи БПФ нз 256 точек в процессоре ТЧ8320С6701 занимает время в два раза болыие, чем при исиозьзо<вини< процессора Реп<щи< Н1, в то время кал тактовые частоты работы процессоров отличаются в 6 Рзз (167 МГц и 1000 МГи соответственно).
Цифровой процессор обработки сигналов (ЦПОС) чаще всего опрсаечяется как процессор, предназначенный для выполнения обработки данных и ре- <иенца залач анализа и уп)я<аления в реальном масштабе времени с использованием "оцифрованньж" реальны. сип<алов !21!. в том числе и резлиз шии алгоритмов ЦОС в реальном масштабе времени.
Примером различия залачи решаемой в реальном «в нереальном масштабе времени. может саул,ить задача обработки изображения. Обработка фотографий небесных объектов, передаваемых из космоса, может производиться достаточно долго на универсальных ЭВМ, в то время как обработка калров кинофильма или кадров телевизионного изобрзже<шя должна выполняться за нелоторыи промежуток времени, опрелеляел<ый частотой смены киров. для повышения производитетьности ЦПОС в иих используются общие л<етоды повышения производительности типа увеличения тактовой частоты работы.
Однако главным образом применяются структурные и архитектурные решения, учитывающие специфику ззлач и алгоритмов ЦОС. Таким образом. ЦПОС являются специализированными или проблемно-ориентированными процессорами. Оии во мноп<х случаях обеспечивают преимушества при решении задач ЦОС по сравнсншо с лругилш вариаиталш реализации систем. 2.2. Общие принципы построения ЦПОС и особенности их архитектуры Термин "архитектура" НО! обычно используется лля описания состава. принципа лействия, конфигурации и взаимного соединения основных узлов вычислитсльнои системы. Этот термин включает в себя также ищюженис возл<ожностей программирования, форматов ланных. системы лол<а<о, способов адресации и т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
