Госэкзамен. Кафедра 29 / Технологии создания схемотехнических проектов и Моделирование систем / Технологии создания схемотехнических проектов / Процессоры DSP. Основные принципы построения.(3)

Процессоры DSP. Основные принципы построения.

Архитектура процессоров обработки сигналов

Практически все сигнальные процессоры имеют схожие базовые модули: вычислительное ядро, служащее для выполнения математических операций; память для хранения данных и программ; устройства преобразования аналоговых сигналов в цифровые и наоборот.

Адрес выполняемой команды отображается в адресном автомате вычислительного ядра сигнального процессора. Обычный цикл работы процессора состоит из выбора команды и данных из памяти программ и данных и сохранения результатов обработки. По отношению к памяти программ и данных различают Фон Неймановскую и Гарвардскую архитектуры процессоров. Основные особенности типов архитектур показаны на рисунке 3.

Фон Неймановская архитектура.

Гарвардская архитектура

Фон Неймановская архитектура является стандартом в развитии микропроцессорных систем. Описываемая архитектура наиболее проста, так как программа и данные располагаются в одной и той же памяти. Фон Неймановская архитектура используется для построения в основном универсальных процессоров, таких как процессоры семейства х86. Основная особенность такой архитектуры - наличие только одной шины, в результате за один цикл обращения процессор может получить доступ либо к памяти программ, либо к памяти данных.

Для быстрой обработки данных часто требуется доступа и к памяти данных, и к памяти программ в одном цикле обращения. В Гарвардской архитектуре адресные пространства программ и данных разделены, и доступ к ним процессор может осуществлять параллельно. К сожалению, расплатой за высокую скорость является высокая цена процессора. Двойное адресное пространство требует удвоенного количества адресных линий и линий данных. В результате поиска оптимального решения между ценой и высокой производительностью была создана модифицированная гарвардская архитектура. Ее особенностью является наличие только одной внешней шины. Следствием этого стало уменьшение количества внешних выводов. Внутри процессора адресные пространства программ и данных остались разделенными. Модифицированную гарвардскую архитектуру используют большинство производителей сигнальных процессоров, например фирма Texas Instruments.

Требования, предъявляемые к цифровым процессорам обработки сигналов

Наиболее важная операция в цифровой обработке сигналов - суммирование результатов умножения. Данная операция одинаково важна для цифровых фильтров, БПФ и для множества других алгоритмов цифровой обработки сигналов. Цифровой сигнальный процессор (DSP) оптимизирован для осуществления повторяющихся математических операций, таких как умножение с накоплением. Пять основных требований предъявляется к DSP, чтобы оптимизировать производительность процессора: быстрое выполнение арифметических операций, повышенная точность представления операндов, возможность одновременной выборки двух операндов, поддержка циклических буферов, организация циклов с автоматической проверкой условия завершения цикла.

Наиболее важная математическая операция в dsp: сумма произведений

Все это выполняется за один такт.

Пример: цифровая фильтрация

• Многократное умножение значений входных отсчетов на коэффициенты фильтра (или на поворотные множители при БПФ)

• Накопление результатов умножения в регистре-аккумуляторе

• Повторение этих действий N раз