183
end;
PROCEDURE AD_PRM (var K_div: word; Fd: word); begin
{ввод с клавиатуры значения частоты} {дискретизации Fd в герцах}
end;
{$L FLT.obj}
{$L M3_NEW.obj}
PROCEDURE Snt_Init; external;
PROCEDURE ADC_Set; external; (K_div: word)
PROCEDURE ADC_InpD; external; (var X: word)
PROCEDURE FLT; external; (X: word; var Y: word)
PROCEDURE DAC_Code; external; (Y: word)
begin
FLT_COEF (coef: masc; L: BITE; FC: char); AD_PRM (K_div: word; Fd: word); Snt_Init;
ADC_Set (K_div: word); NEXT: ADC_InpD (X: word);
FLT (X: word; Y: word); DAC_Code (Y: word); GОТО NEXT;
end.
Следует также отметить, что все внешние ассемблерные процедуры должны сохранить в стеке регистры BP, SP, SS и DS в самом начале своей работы и восстановить их содержимое перед возвратом управления программе на Турбо Паскале. В программном модуле FLT.ASM необходимо также объявить переменную coef как внешнюю:
coef dw dup(?) extrn coef
12.4. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦИФРОВЫХ СИГНАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОРОВ
По определению ЦСП – это класс МПС, аппаратно и программно ориентированных (оптимизированных) на задачи ЦОС. ЦСП являются мощными ускорителями и для персональных компьютеров при сложной обработке (трёхмерная графика, аудио, видео, обработка изображений, т. е. в мультимедийных приложениях).
Возможна следующая классификация ЦСП:
общего назначения и специализированные (аудио, видео, Фурье– процессоры и др);
184
со встроенными и без встроенных средств аналогового ввода-вывода (АЦП, ЦАП) или кодеков (сигма–дельта модуляторов или широтноимпульсных модуляторов (ШИМ));
сфиксированной точкой (Fixed Point) и плавающей точкой (Floating Point);
сразличной разрядностью (точностью обработки):16,24,32,40,80 бит и др. К отличительным признакам ЦСП (общего назначения) относятся сле-
дующие.
Гарвардская архитектура: ей соответствует раздельная память команд (программ) и данных и, соответственно, раздельные шины команд и данных, допускающие их одновременную выборку. Реально в ЦСП используется модифицированная Гарвардская архитектура, допускающая частичное размещение данных (констант) в памяти команд. В фон-Неймановской архитектуре используется общая память программ и данных, доступ к которой осуществляется по общей шине команд и данных.
Наличие аппаратного умножителя и циклического сдвигателя, т. е.
трёх арифметических устройств (включая АЛУ).
Короткий командный цикл (от100 до 30 нс), причём большинство или все команды выполняются за один командный цикл, в том числе и условные переходы.
Время обработки не зависит от обрабатываемых данных, что важно для программной синхронизации систем ЦОС.
Конвейерный режим работы, т. е. одновременное выполнение двух и более команд на разных этапах: выборка команды, декодирование, выбор операндов, исполнение, в том числе одновременная выборка двух операндов.
Развитые средств поддержки режима реального времени (таймеры,
контроллеры прерываний, ПДП) для обеспечения программной или аппаратной синхронизации, а также средства межпроцессорной связи, связи с ЭВМ верхнего уровня (ХОСТ–процессором), последовательные и параллельные порты ввода-вывода.
Многооперационные сложные команды, реализующие базовую опера-
цию ЦОС – накопление сумм произведений за один командный цикл. Например, ЦСП семейства TMS320 реализуют базовую операцию НЦФ
(КИФ-фильтра) с помощью двух таких команд (инструкций):
RPTK255 |
; повторить 256 раз |
MACD |
; выполнить умножение, накопление (Y=Y+K*X), |
|
; сдвиг сигнальной памяти, модификацию адресов. |
Общая архитектура ЦСП, отражающая их особенности, приведена на рис. 12.22.
Устройство управления (УУ) осуществляет здесь генерацию адресов, дешифрацию команд, формирование сигналов управления (вводом, выводом, прерываниями и т. д.). Архитектуры конкретных семейств ЦСП в значитель-
185
ной мере отвечают общей архитектуре рис. 12.22 (например, базовая архитектура ЦСП ADSP 21хх [26]).
Память |
Счётчик |
|
УУ |
программ |
команд |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
ШПП (ША,ШД)
ШПД (ША,ШД)
АЛУ |
Сдвигатель |
|
|
|
|
|
Память |
|
Порты |
||
|
|
|
|
||
|
|
||||
Умножитель- |
|
данных |
|
В/В |
|
накопитель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 12.22. Общая архитектура ЦСП
ЦСП появились в начале 80-х годов. Ведущими фирмами-
производителями их являются: Texas Instruments, Motorola, Analog Devices, Philips, NEC, National, AT$T Microelectronics.
К наиболее популярным семействам ЦСП относятся [38]: TMS 320Cхх (10,20,30,40,50,…80) (фирма Texas Instruments); ADSP 21хх, ADSP 21ххх (фирма Analog Devices);
DSP 56ххх, DSP 96ххх (фирма Motorola);
DSP 16, DSP 32 (фирма AT$T Microelectronics).
Они включают ЦСП как с фиксированной точкой, так и не уступающие им по быстродействию ЦСП с плавающей точкой, появившиеся в конце 80-х годов. B ЦСП TMS320C50 впервые реализована кольцевая (модульная) адресация памяти, позволяющая одновременно создавать 2 кольцевых буфера и эффективно вычислять свёртки и корреляции.
Наиболее мощным в настоящее время cчитается ЦСП TMS320C80, называемый Multimedia Video Processor (MVP). Его суммарная производительность на регистровых операциях до 2 109 опер/сек. Он содержит четыре 32разрядных процессора с фиксированной точкой и один управляющий RISCпроцессор с блоком арифметики с плавающей точкой. Степень интеграции составляет 4 млн. транзисторов на одном кристалле. Напряжение питания 3 В, 5 В, имеется «спящий» режим работы.
К высокопроизводительным относятся также ЦСП с плавающей точкой
ADSP-21060 (SHARK процессор – Super Harvard Architecture Computer) и се-
мейство 32-битовых процессоров с фиксированной и плавающей точкой
186
ADSP-2116x. Последние имеют пиковую производительность 600 Мфлопс при тактовой частоте 100 МГц.
Реализационные возможности ЦСП при решении задач ЦОС характеризуются табл. 12.3 на примере сигнальных процессоров ADSP-2100 (с фиксированной точкой) и ADSP-21020 (с плавающей точкой).
|
|
Таблица 12.3 |
|
|
|
Вид обработки |
ADSP-2100 |
ADSP-21020 |
КИХ-фильтр |
60 нс/отвод |
40 нс/отвод |
Биквадратное звено |
420 нс |
200 нс |
1024-точечное БПФ |
2,07 мс |
0,77 мс |
Для сравнения процессор i486DX2 выполняет 1024-точечное БПФ за 20 мс. В системах связи ЦСП ADSP-2100 имеет следующие реализационные ха-
рактеристики (табл. 12.4):
|
|
Таблица 12.4 |
|
|
|
Вид обработки |
Время обработки |
Загрузка |
Детектор Витерби |
141 мкс |
34% |
Эхо-компенсатор |
23 мкс |
5,5% |
32-QAM модулятор |
3,6 мкс |
1% |
32-QAM демодулятор |
3,6 мкс |
1% |
Существуют многочисленные средства поддержки и автоматизации проектирования аппаратного и программного обеспечения ЦСП. Они разделяются на программные и аппаратные.
Программные средства – это ассемблер, симулятор, С-компилятор, отладчик, библиотекарь и др; аппаратные – демонстрационные и оценочные модули (платы); внутрисхемный эмулятор; полномасштабный эмулятор.
К возможным способам и средствам автоматической генерации программ для ЦСП относятся:
использование библиотек; использование кодогенераторов – специальных программ, генерирующих
код ЦСП по описанию реализуемого алгоритма. (в процессе синтеза систем ЦОС, например, цифровых фильтров: программы FDAS2K1, DFDP);
использование компиляторов языков высокого уровня (С) или проблемноориентированных языков, например, языка SIG [44].
Более подробную информацию по сигнальным процессорам можно получить в [26, 41, 45], а также в Интернет на сайтах ведущих фирмпроизводителей.