Солонина А., Улахович Д. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов (2002) (1095891), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Используются три способа организации обмена инфорк<ацией (протокола): П програмк<ный обмен; С) обмен по прерываниям согласно запросак< от внешних источников (устройств); С< обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). Программный обмен Программный обмен осушествляется под управлением программы с олновременной проверкой готовности внешнего устройства к обмену. Для опроса состояния порта ввода/вывода используется регистр состояний порга, в которок< вьщеляется бит готовности порта вывода и бит готовности порта ввода, устанавливаемые в "1" в процессе обмена и сбрасываемые в "О" цо окончании обмена.
Бит готовности тестируется (проверяется): если выясняется, что порт не готов, операция опроса готовности повторяется. Переход порта в состоя<ше готовности обычно называют пкглнвнзплнел лорлтп. Обмен по прерываниям Напок<пик<, что прерывание — это перехол иа выполнение подпрограммы, который вызывается сигналок<, поступаюшим в процессор от внешних уст- ройств по специально выделяемым для этого управляюшим линиям. Посту- пающий сигнал называют зпвросолт нп прерывание. Часто возникает необходимость в организации больших временных залер- жек и систематических с заданнык< периодом прерываний. Программный 2ВВ Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов Гяаеа В.
Периферийные устройства способ организации таких залержек и прерываний неэффективен в связи с тем, что существенно увеличивается время выполнсния основной программы. Для рсачизацин таких собып»й» процессоры снабжаются специальпымп устрой с таам и — таймерами. Обнаружив запрос на прерывание. процессор отклальпвет выполнение текушей программы и начинает выполнять программу обработки прерывания, предназначенную для обработки собыпш, вызвавшего прерывание. Програмл»а прерывания (есяи опа не соответствует фатальной ошибке ияи сбросу) обычно заканчивается командой ваза(тата, по которой продолжается выполнение прерванной программы. Перехол на программу обработки прерывания с паследуюшим ее выполнением называют абглуж»»вакие»» лрерыааяия. Действия, происходящие при обслуживании прерывания, и их послелаватсльность подробно изложены в главе 7. Здесь только напомнил», чта при поступлении запросов от нескольких источников первым обслуживается прерывание, имеюшее более высокий уровень приоритета.
остальные запросы обрабатываются по цепочке снижения уровня приоритета. Задача распределения маскируемых приоритетов решается пользователем на этапе проектирования системы ЦОС н инициализации процессора. Обмен и режиме прямого доступа к памяти (ПДП) Рассмотре»»»»ые выше два способа организации обмена информацией с внешней периферией требуют большой затраты временных ресурсов — и это при том, что никаких дополнительных опе»тац»»й (например, преобразование формата данных) пе осушествляется. Поэтому описанные способы оказываются неприемлемыл»и для организации обл»ена инфорл»ацией с внешней» памятью, где хранятся большие массивы данных, и к которой происходит частое обращение. Обмен в режиме ПДП означает, что ввод/вывод данных осушествляется с помощью аппаратных средств независимо от программы.
которая в данном случае лишь инициирует процесс ввода/вывода, определяет адрес, формат слова данных и устанавливает соответствующий флаг в реп»стре управления прямым доступом. Для организации ка»»ала ПДЛ создаются линии управления ПДП, а также используются пмеюшиеся шины данных и шины алреса периферии, к которым в режиме времепнога разделения полключается внешняя память. Внешняя память н лругие устройства внешней периферии, к которым лолжен абра»даться процессор, имеют различные технические характеристики; в частности, они отличаются по длительности»»»»кла аб»»ена: чем короче цикл, тем быстрсе происходит обмен. В связи с этим различают низкоскоростные и высокоскоростные устройства, с которыми необходимо обеспечить согласование скорости работы процессора.
Эту функцию возлагают»ш геяераяюр задерлсек дага»упа к паина»и. При каждом обрашснии к памнп» происходит обмен одним словом данных яли его частью между ячейкой цамяп» и процессором. поэтому каждый раз должен быть указан адрес ячейки памяти, участвуюшей в обмене. Желательно, чтобы при обмене болыцнмн блоками данных адрес изменился автоматически с использованием инкремента или декрсмента — для этого организуют специальные области памяти, называемые «икшческ»ыи» буферпм»» (ся. ггавуб).
Кроме алреса должно указываться направление обмена, для чего прелусл»атриваются линии управляюших сигначов типа "Чтение/Запись" ("Веа»)/%п»е"). Яз всего сказанного следует, что фу»»кционачь»»ы»» интерфейс процессора должен обеспечить возможность реализации как способов обмена данными, так и обслуживание прерываний согласно таблице уровней прерываний. Кроме того, процессор должен работать в многоканальном режиме, когда осушествляется обмен ланными с разнообразными внешними устройствами с временным или адресным разделением каналов.
Временное разаслспнс каналов часто называют .»»>в»ья»»»алекс»»рова»»аеи. При этом каналы присл»а и передачи должны работать независимо друг от друга (как увидим, пе все процессоры обеспечивают такую важную функцию). Наконец, к процессору должно подключаться устройспю отлалкп, В настоящее время этот интерфейс стандартизирован, и им обладают все процсссоры. Этот интерфейс и мест наименование /ТА С (3а»а» Техт А»»тая»аиа»» Стаир).
Таким образом, функ»»ионачьны»» интерфейс должен содержать (рис. 8.2): П систему портов, количество и типы которых зависят ат назначения процессора: ° последовательныс; ° параллельные; ° л»ногокацальные; ° хост-порт; ° отладки и другие; (л шины: ° данных; ° адресов; (З линии: ° передачи разнообразных упраш»яюц»их сип»а»»ов; ° запросов и подтверждений прерываний; (З контроллер прсрывании; (З генератор залсржек досчупа к памяти; П ча»чл»сры.
Глава о. Г)врифврийныв устройства е90 Внутренняя периферия тпвх одв Адрес Данные Внутренние шины денных и вдрехе пг1п пгм Синхронный пааггвдаввтельный порт ш и н ы х(л) Центральное процессорное устройство (ЦГ)У) х(п) Асинхронный пааледаввтепьный парт и е и ф е и и рис. В.З. Структурная схема каыландерв Пврвплепьный порт яагикв утфввпмыя шинами ГенеРатор задержек доступе к памяти Система управления хост-портом Таймер ти Контроллер прерь|ввний Хост-порт ти Прерывания ат внешних катачникав )зис.
8.2. Функциональный интерфейс 8.2. Компандеры Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов Одной из важных задач является сжатие информации (сзт. агаву /), при условии несущественных ее потерь, с целью сокращения скорости передачи данных по каналам связи. Особенно важно снижение скорости передачи в КВ-каналах, где принципиально невозможна скорость выше 2400 бит/с, й также в многоканальных системах с временным разделением каналов. Большинство реальных сигналов нмеют динамический диапазон 70 дБ, а типоные каналы и линии связи характеризуются лнапазоном 40 лБ (рнс. 8.3, в). Известно, что адин бит соответствуст =6 лБ, позтому шгя обеспечения линамического диапазона сигнала необходимо сто линейно колировать с раз- рядностью не меньше 14 битов прн постоянном шаге кваггтоыания О = 2 ш ()и — разрядность регистра). Линейное квантование, наиболее простое и удобное, ие позволяет полностью охарактеризовать сигнал, когда при переходе от калра к кадру амплитуда сигнала резко меняется.
Кроме того, относительная точность представления сильных и слабых сигналов существенно отличается. В результате отношение сигнал/шум оказывается непостоянным, и качества воспроизведения сигнала снижается. Этого можно избежать, если добиться независимости отношения сигнал/шум от уровня сигнала, использовав переменный шаг квантования (г' = увг. Тогда влгесто постоянной, не зависящей от уровня сигнала ошибки округления е = Д/2, что имеет место при линейном квантовании, получим постоянную относительную ошибку. Поставленная задача решается с помощью специальных устройств, получивших название компандеров (рис. 8.3, б), состоящих из двух блоков: квзтлрессарп (устройства сжатия) на передаче и зхгламдера (устройства расширения)на приеме. Компгюссор усиливает слабые сипгалы, поднимая их над уровнем помех в Канале, и ослабляет сильные сигналы так, что динамический лиапазо~г передаваемого сигтгала уменыцается с 70 лБ (требуется не менее 14 разрядов при Равномерном квантовании) до 40дБ, соответствующих 8-разряднолгу квантованию.
Экспанлер производит обратные действия и восстанавливает динамический диапазон сигнала. 2занггые на входе и выхоле компапдера представляются в 16-разрядном лополннтельном коде. Компрессия может осуществляться по линейному закону (рис. 8.4), а также по двум логарифмичсскилг: А-закону и )к-закон) (рис. 8.5). т. е. компандер допускает три формата 8-разрядных компрессн Рованных дан~ ~ых: беззнаковое с гово в липей) юм коле; слово А-закона; слово и-закона. Глава 8. Периферийные устройства 16-разрядный дополнительный код З2 767 А-закон компандирования: у(п) = Г[х(п)] = где А = 87,6; ,и-закон кампанлирования. 8-разрядное двоичное 255 беззнаковое число -32 768 О 128 (8.2) 16-разрядный дополнительный код 7ЕЕВ 7ЕЕС А-звкон р-закон О ГГЕВ 2АЬ ГЕГС А.-закон 15Ь 55ЬЛЗ5Ь 95Ь ААЬ Алгоритмы н процессоры цифровой обработки сигналов Рис.
8.4. Линейный закон компандирования ООЬ ЗЕЬ 7ЕЫЕЕН ВЕЬ ВОЬ тьзвкон Рнс. 8.5. Логарифмические законы компонднроввннн Компрессия по линейному закону применяется в компаилере фирмы Мо!ого)а, вхоляшем в состав кодека С54215. Суть линсйнога закона компрессии состоит в том, что в 8-разрядном беззнаковом слове, прпннмаюшси значения от 0 да 255, отрицательное минимально допустимое 16-разрядное число -32 768 передается нулем; максимально лопустимое 16-разрядное положительное число 32 767 передается величиной 255, а ноль компрсссируемого числа перелается величиной ! 28 (8011).
Компрессия по А- и р-закан> асушествляется согласна стандарту СС1ТТ С.711, причем А-закон используется в Ев!юпс, а,и-закон — в С(ПА и 1 Японии. Согласно этому стандарту указанные законы опрслсляются саотношениялш: А]х(п)] 1 пйп]х(п)]; 0 < 1х(и)] < —; 1+ 18]х(п)] ' А (8.1) з(лт1[х(п)] 1 + 18 А]х(я)] 1 — < !х(п)] < 1, 1+ 18А А , „„~')~ у(п) = г"[х(п)] = з18п[х(п)] Х, !81+ р где Х= птах)х(п) ), р = 255. Параметры А и р определяют степень сжатия: с их ростом отношение сигнал/!иул! остается постоянным во все более широком динамическом диапазоне значений кол1пресспруемого сигнала. но величина самого отношения при этом уменьшается. Указанные значения парал1егров являются оптимальным кол!арал~песом между этими противаречиямп. Логарифмическая нелинейность проявляется на больших значениях сигнала и скрадывается на малых (см. Рис.
8.5). Оба закона обеспечивают более точную передачу малых амплитуд сигнала и менее точную — больших амплитуд. Принципиальная особенность лашрифмических законов компаплирования, кроме нелинейности„состоит в том, что компрессии подвергается не все 16- разрядное слово, а лишь часть его. Стандарт р-закона допускает кол1прессирование 14-разрядных (с учетом знака), а стандарт А-закона — 13-разрядных (с учетом знака) ланных, что соответствует динамическому диапазону 70 дБ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
