Цифровые сигнальные процессоры Архитектура, особенности организации вычислений
1
Отличительные особенности ЦСП: Архитектура шин
Конвейерное выполнение команд Аппаратная реализация программных функций Специфические команды ЦОС
Направления повышения производительности:
-увеличение количества одновременно выполняемых операций
-увеличение количества одновременно обрабатываемых данных
-увеличение количества одновременно выполняемых команд
2
3
Обобщенная схема цифрового сигнального процессора
4
|
|
|
|
|
|
|
|
Конвейер |
|
|
|||
A |
F1 |
F2 |
D |
D |
R1 |
R2 |
X |
W |
|
|
8-уровневый |
||
1 |
2 |
|
|
||||||||||
B |
|
F1 |
F2 |
D |
D |
R1 |
R2 |
X |
W |
|
конвейер |
||
|
1 |
2 |
|
||||||||||
C |
|
|
F |
F |
D |
D |
R |
R |
X |
W |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|
|
|
|||
D |
|
|
|
F1 |
F2 |
D |
D |
R1 |
R2 |
X |
W |
|
E & G доступ к |
|
|
|
1 |
2 |
|
||||||||
E |
|
|
|
|
F1 |
F2 |
D |
D |
R1 |
R2 |
X |
W |
тому же адресу |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
F1 F2 |
D D |
R1 |
R2 X W |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
F1 |
F2 |
D D |
R1 |
|
R2 X W |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
F1 F2 |
D D |
|
R1 R2 X W |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
F1: Адрес инструкции |
Защита конвейера |
|
F2: Чтение инструкции |
Порядок результатов такой же как |
|
D1: Декодирование инструкции |
||
D2: Вычисление адресов |
это записано в программе |
|
операндов |
Программисту не нужно заботиться о |
|
R1: Адрес операнда |
||
R2: Получение операнда |
конвейере |
5 |
X: Вычисление в ЦП |
|
|
W: Сохранение содержимого |
|
|
Шина программ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ядро ЦСП |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Шина данных |
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16/3 |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
XT (32) or T/TL |
|
|
|
|
8/16/32 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Умножитель |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 x 32 или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Сдвиг R/L (0- |
|
|
|
|
|
два 16 x 16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
16) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P (32) or PH/PL |
|
|
|
|
|
|
|
|
8/16 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
32 |
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
Сдвиг R/L (0-16) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32
|
|
|
|
АЛУ (32) |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
АКК (32) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
AH (16) |
|
AL (16) |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
AH.MSB |
|
AH.LSB |
|
AL.MSB |
|
|
AL.LSB |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сдвиг R/L (0- |
|
||||||||||
Шина |
|
|
16) |
|
|
|
|
6 |
||||||
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
|
|
|
||
данных
Типовые алгоритмы DSP
Сумма произведений – основной элемент большинства DSP алгоритмов:
Алгоритмы
• Фильтр с конечной y(n) импульсной характеристикой
M
ak x(n k)
k 0
|
Фильтр с бесконечной |
|
|
M |
|
k |
|
N |
|
|
|
|
|
• |
|
|
a |
k |
|
|
|
||||||
|
y(n) |
|
|
x(n k) |
b y(n k) |
|
|||||||
импульсной характеристикой |
|
k 0 |
|
|
|
k 1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y(n) |
N |
x(k)h(n k) |
|
|
|
|
|
||||
• Свертка |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
k 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|||||||||||
|
Дискретное преобразование |
X (k) x(n) exp[ j(2 / N )nk] |
|
||||||||||
• |
|
|
|
N 1 |
|
|
|
|
|
|
|||
Фурье |
|
|
n 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
• Дискретное косинусное |
|
|
N 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
F u c(u). f (x).cos |
|
u 2x 1 |
|||||||||||
2N |
|||||||||||||
преобразование |
|
|
x 0 |
|
|
|
|
|
|
||||
Цифровой сигнальный контроллер
|
|
|
Шина программ |
Менеджер |
||
|
|
|
|
|
|
Событий А |
|
|
|
|
|
Загр. |
Менеджер |
|
|
Секторна |
|
Событий B |
||
|
|
я |
|
ОЗУ |
ПЗУ |
12 битный |
A(18-0) |
22 |
Flash |
|
|
АЦП |
|
|
|
Сторожевой |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
|
|
таймер |
|
|
|
|
|
|
|
D(15-0) |
32 |
|
|
|
|
|
|
32 |
|
|
R-M-W |
PIE |
McBSP |
|
|
|
менеджер |
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
32-бит. |
32x32 бит |
АЛУ |
|
|
|
|
прерыв. |
CAN2.0B |
|||
|
|
Регистры |
Умножитель атомар. |
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
функций |
|
SCI-A |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
32 битных |
SCI-B |
JTAG |
|
|
Шина регистров |
Таймера |
||
|
ЦП |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
реального |
|
|
|
SPI |
||
времени |
|
|
|
|
||
Шина данных
|
|
8 |
|
GPIO |
|
|
|
|
|
|
|
Отличительные особенности ЦСП: Архитектура шин
Конвейерное выполнение команд Аппаратная реализация программных функций Специфические команды ЦОС
Направления повышения производительности:
-увеличение количества одновременно выполняемых операций
-увеличение количества одновременно обрабатываемых данных
-увеличение количества одновременно выполняемых команд
9
Цифровые сигнальные процессоры
фирмы Texas Instruments
10