11. Обзор типовой архитектуры цифровых сигнальных процессоров.

Цифровой сигнальный процессор - специализированный микропроцессор, предназначенный для цифровой обработки сигналов в режиме реального времени.

Ядро ЦСП:

PCU – program control unit (блок контроля выполнения программы)

AGU – address generation unit (блок формирования адреса)

BMU- bit manipulation unit (блок обработки битов)

DALU- data arithmetic logic unit

EBI-external bus interface (внешняя шина)

IP-Bus - IP-Bus interface

PM, DM – program memory, data memory

Такая архитектура называется модифицированной гарвардской. Современные ЦСП содержат две или несколько памятей (данных и программ), вычислитель (ядро-Core) и периферию для связи с внешними устройствами. Ядро ЦСП, производящее вычисления, включает в себя умножитель-аккумулятор, реализующий операцию MAC (умножение с накоплением), арифметико-логическое устройство (АЛУ), Кольцевой сдвигатель, устройство, контролирующее выполнение программы; формирователей адресов ячеек, 2 памяти данных (DATA MEMORY - DM) и команд (PROGRAMM MEMORY - РМ); содержат данные и команды.

Периферия, в состав которой входят: порт ввода-вывода данных, последовательные порты для обмена данными с внешними устройствами. Кроме того, процессор включает генератор тактовых импульсов(ГТИ) и таймер, необходимый для формирования прерываний для разделения операций. Все устройства соединены между собой шинами, число которых достигает 10.

Таймер формирует сигналы прерывания (внешние и внутренние).

ПДП (DMA - Direct Memory Access) - порт прямого доступа к памяти или обмена между внешней памятью данных и памятью программ не мешая работе ядра.

Особенности архитектуры ЦСП:

1. Гарвардская архитектура, как правило модифицированная;

2. Наличие встроенной оперативной памяти.

3. Некоторые сигнальные процессоры обладают одним или даже несколькими встроенными постоянными запоминающими устройствами с наиболее употребительными подпрограммами, таблицами и т. п.

4. Аппаратное ускорение сложных вычислительных инструкций, например, операция «умножение с накоплением» (MAC) (Y := X + A × B) обычно исполняется за один такт.

5. Поддержка векторно-конвейерной обработки с помощью генераторов адресных последовательностей.

6. Детерминированная работа с известными временами выполнения команд, что позволяет выполнять планирование работы в реальном времени.

7. Сравнительно небольшая длина конвейера, так что незапланированные условные переходы могут занимать меньшее время, чем в универсальных процессорах.

8. Экзотический набор регистров и инструкций, часто сложных для компиляторов.

9. По сравнению с микроконтроллерами, ограниченный набор периферийных устройств.

10. Часто – наличие встроенных ЦАП и АЦП

Система команд ЦСП в сравнении с микроконтроллерами имеет меньшее число команд, ввиду их узкой специализации.

Цифровые сигнальные процессоры в основном относятся к вычислительным устройствам с ограниченным числом команд RISC. В ЦСП используется конвейерный режим обработки. При это одновременно выполняется несколько разных команд со сдвигом на длительность инструкции. При трехступенчатом конвейере сначала следует вызов команды, затем ее дешифрирование и потом выполнение. Типовые операции, выполняемые ЦСП: - цифровая фильтрация; - вычисление свертки; - корреляция; - вычисление БПФ; - формирование сигналов; - демодуляция; - кодирование / декодирование; - обработка изображений; - управление потоками данных: - коммутация сообщений; - реализация ФАПЧ, АПЧ, АРУ, регулировка мощности передатчика. Области применения процессоров: обработка радиолокационных сигналов, радионавигация, радиоуправление, радиоразведка, обработка речи, синтез речи, модемы, цифровая телефония, передача данных, сотовая связь, цифровое радиовещание и телевидение, мультимедийные системы.

Дальше какая то непонятная муть

DSP имеет как минимум 6-7 различных шин и 2-3 банка памяти. Это дает возможность максимально ускорить выполнение операции умножения с сохранением результата. Архитектура DSP позволяет за один машинный цикл произвести:

1. выборку команды посредством шины адреса программ и шины данных программ;

2. выборку двух операндов для операции умножения посредством двух шин адреса данных;

3. занесение операндов в аккумуляторы посредством двух шин данных;

4. операцию умножения;

5. сохранить результат в аккумуляторе.

Таким образом, трехшинная Гарвардская архитектура позволяет выполнить практически любую операцию за один машинный цикл.