Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники
Тема:
Сигнальные микропроцессоры в технике связи
Выполнили:
Саракуца Илья Михайлович (группа 361402)
Сарока Дмитрий Николаевич (группа 361401)
Минск 2015
Содержание
1. Введение
2. Общие понятия о ЦСП.
3. Особенности архитектуры.
4. Области применения.
5. Основные параметры ЦСП.
6. Устройство.
7. Классификация ЦСП по назначению.
8. Программирование ЦСП.
Введение
Вся схемотехника разделяется на две большие области: аналоговую и цифровую Преимущества и недостатки этих технологий известны. Аналоговая схемотехника характеризуется максимальным быстродействием, малым потреблением энергии и малой стабильностью параметров. Цифровая схемотехника обладает прекрасной повторяемостью параметров. Это привело к её развитию в последние годы. В курсах электронных приборов рассматривались основные технологии производства цифровых микросхем: ТТЛ, ЭСЛ и КМОП, поэтому здесь особенности этих технологий рассматриваться не будут.
По мере развития цифровых микросхем их быстродействие достигло впечатляющих результатов. Наиболее быстрые из цифровых микросхем обладают скоростью переключения порядка 3..5 нс. (серия микросхем 74ALS), а внутри кристалла микросхемы, где нет больших ёмкостей нагрузки время переключения измеряется пикосекундами. Таким быстродействием обладают программируемые логические схемы и заказные БИС. В этих микросхемах алгоритм решаемой задачи заключён в их принципиальной схеме.
Часто для решаемой задачи не требуется такого быстродействия, каким обладают современные цифровые микросхемы. Однако за быстродействие приходится платить:
Быстродействующие микросхемы потребляют значительный ток.
Для решения задачи приходится использовать много микросхем, это выливается в стоимость и габариты устройства.
По области применения определилось три направления развития микропроцессоров:
микроконтроллеры
универсальные микропроцессоры
сигнальные микропроцессоры
Еще один класс микропроцессоров решает задачи, которые традиционно решала аналоговая схемотехника. Это сигнальные процессоры. К сигнальным процессорам предъявляются специфические требования. От них требуются максимальное быстродействие, малые габариты, легкая стыковка с аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями, большая разрядность обрабатываемых данных и небольшой набор математических операций, обязательно включающий операцию умножения-накопления и аппаратную организацию циклов.
Цифровой сигнальный процессор (англ. Digital signal processor, DSP; сигнальный микропроцессор, СМП; процессор цифровых сигналов, ПЦС; цифровой процессор обработки сигналов, ЦПОС) — специализированный микропроцессор, предназначенный для цифровой обработки сигналов(обычно в реальном масштабе времени).
Особенности архитектуры
Архитектура сигнальных процессоров, по сравнению с микропроцессорами общего применения, имеет некоторые особенности, связанные со стремлением максимально ускорить выполнение типовых задач цифровой обработки сигналов таких как цифровая фильтрация,преобразование Фурье,поиск сигналови т. п. Математически эти задачи сводятся к поэлементному перемножению элементов многокомпонентных векторов действительных чисел, последующему суммированию произведений (например, в цифровой фильтрации выходной сигнал фильтра с конечной импульсной характеристикой равен сумме произведений коэффициентов фильтра на вектор выборок сигнала, аналогичные вычисления производятся при поиске максимумов корреляционных и автокорелляционных функций выборок сигналов). Поэтому сигнальные процессоры оптимизированы по быстродействию для выполнения именно таких операций. И ЦСП ориентированы, в первую очередь, на многократное выполнение умножения с расчётом «на лету» адресов перемножаемых элементов массивов:
Операция «умножение с накоплением» (англ.Multiply-Accumulate, MAC) (Y = Y + A × B) где Y, A, B — элементы действительных массивов с автоматическим расчетом адресов элементов массивов и обычно реализована аппаратно и исполняется за один машинный цикл.
Аппаратная реализация многократного повторения заданного набора команд, то есть циклыс заранее назначенной длиной без использования счетчиков цикла и команд проверки обнуления счетчика цикла — признака выхода из цикла.
Возможность одновременной в одном машинном такте выборки команды и двух операндов для максимально быстрого выполнения команды MAC. Для этого ЦСП имеет несколько портов обращения к памяти (независимых областей памяти, каждая со своим комплектом шин адреса и данных).
Поддержка векторно-конвейерной обработки с помощью генераторов адресных последовательностей.
Ограниченность аппаратных ресурсов первых ЦСП накладывала существенный отпечаток на их архитектуру:
Гарвардская архитектура(разделение памяти команд и данных), как правиломодифицированная; с разделением памяти на сегменты с независимым доступом.
Детерминированная работа с известными временами выполнения команд, что позволяет выполнять планирование работы в реальном времени.
Сравнительно небольшая длина конвейера, так что незапланированныеусловные переходымогут занимать меньшее время, чем в универсальных процессорах.
Экзотический набор регистрови инструкций, часто сложных длякомпиляторов. Некоторые архитектуры тогда использовалиVLIW.
В современной микроэлектронике процессоры общего применения зачастую содержат аппаратную поддержку типовых операций ЦОС. Особо времяёмкие задачи ЦОС решаются на основе программируемой логики, где можно достичь предельной оптимизации выполнения конкретной операции. Специализированные процессоры ЦОС все чаще делаютвекторными. В то же время классические ЦСП снабжают развитыми наборами команд процессоров общего применения и сглаживают особенности программной модели, позиционируя их как изделия широкого применения с ускоренными функциями ЦОС. Все эти тенденции приводят к размыванию классического понятия ЦСП.
Области применения
Коммуникационное оборудование:
Уплотнение каналов передачи данных;
Кодирование аудио- и видеопотоков;
Системы гидро- и радиолокации;
Распознавание речи и изображений;
Речевые и музыкальные синтезаторы;
Анализаторы спектра;
Управление технологическими процессами;
Другие области, где необходима быстродействующая обработка сигналов, в том числе в реальном времени.