22) Цифровые процессоры обработки сигналов (цпос). Состав и основные характеристики.

ЦПОС - специализированные процессоры, предназначенные для выполнения алгоритмов цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени. Часто в литературе такие микропроцессоры называются сигнальными микропроцессорами (СМП или DSP).

Основные характеристики ЦПОС:-возможность программирования выполняемых процессов;-наличие гибких высокоскоростных арифметических средств;

-возможность выполнения за один такт операции умножения, сдвига и других арифметических и логических операций;-выполнение операций суммирования произведений с высокой скоростью;-наличие буферовдля циклического запоминания сигналов;-отсутствие непроизводительных затрат на организацию программных циклов и ответвлений.

Состав ЦПОС. Кристалл ЦПОС может содержать большое разнообразие функциональных блоков, реализованных аппаратно. Некоторые наиболее важные из них, размещаемые внутри кристалла, перечислены ниже:

-Центральный арифметический блок — этот блок является той частью ЦПОС, которая выполняет наиболее важные арифметические функции, такие как умножение и сложение. Это именно та часть, которая делает ЦПОС столь быстрым по сравнению с традиционными процессорами и делает возможным эффективное выполнение алгоритмов нерекурсивной и рекурсивной фильтрации, быстрого преобразования Фурье (БПФ) и других;

-Вспомогательный арифметический блок - он предназначен для выполнения других математических вычислений и логических операций в то время, пока основной арифметический блок занят.

-Быстродействующие высокоточные АЦП и ЦАП блоки — необходимы для работы процессора с аналоговыми сигналами. Это делает ЦПОС весьма удобными для реализации фильтров, преобразований, кодирования и многих других задач обработки аналоговых сигналов (речи, изображения, музыки)

-Порты связи необходимы любой системе ЦОС. На вход процессора поступает первичная информация, а обработанная информация выдается во внешний мир через эти порты.

Существуют различные типы процессоров сигналов. Одни из них предназначены для вычислений с фиксированной, другие- с плавающей запятой. Большое значение имеют векторные процессоры сигналов, которые используют методику векторных исчислений (производят операции над векторами). Применение векторных процессоров резко увеличивает пропускную способность, поскольку позволяет разработчику системы использовать лишь небольшое число команд вместо того, чтобы писать много строк программного кода. Стремление повысить быстродействие привело к созданию дискретных процессоров сигналов с параллельной обработкой. Как отмечено выше, ЦПОС эффективно применяются для цифровой обработки сигналов (ЦОС).

Выделим общие преимущества ЦОС по сравнению с другими способами:

-хорошая стабильность и воспроизводимость;

-отсутствие таких дестабилизирующих факторов, присущих аналоговым устройствам, как температурный и временной дрейф, разброс параметров, воздействие наводок и помех;

-гибкость — возможность программной реализации алгоритмов обработки измерительной информации и изменение параметров аппаратуры;

-возможность создания адаптивных систем с перестраиваемой структурой;

-простота настройки и повышение метрологических характеристик без использования трудоемких и прецизионных операций (подгонка образцовых резисторов).

Недостатки ЦОС связаны с некоторыми потерями информации при дискретизации сигнала и его квантовании, а также с ограничениями на сложность алгоритмов обработки, если необходимо выполнять обработку сигналов в реальном масштабе времени.