PROCESOARE NUMERICE DE SEMNAL DIGITAL …pns.ac.tuiasi.ro/Doc/curs/Prezentare_01.pdf · •...

Procesoare Numerice Procesoare Numerice de de Semnal Semnal -- CURSCURS 11

PROCESOARENUMERICE DESEMNAL

DIGITALSIGNALPROCESSORS


1. Introducere în domeniul procesoarelor numerice desemnal

2. Sisteme pentru procesarea numerică a semnalelor

3. Familia TMS320

4. Structura hardware a generaţiei TMS320C2x

5. Proiectarea hardware cu procesoare TMS320C2x

6. Limbajul de asamblare al generaţiei C2x

CUPRINSCUPRINS


Capitolul Capitolul 11Introducere în domeniul procesoarelor

numerice de semnal

1.1 Definire. Caracteristici1.2 Producători de DSP-uri1.3 Aplicaţii ale DSP-urilor


2.1 Introducere în procesarea digitală a semnalelor2.2 Sisteme DSP2.3 Familia TMS3202.4 Arhitectura generală a procesoarelor DSP2.5 Dezvoltări software2.6 Cerinţe hardware2.7 Consideraţii asupra sistemului

Capitolul Capitolul 22Sisteme pentru procesarea numeric ăSisteme pentru procesarea numeric ă aa semnalelorsemnalelor


3.1 Prezentare generală

3.2 Generaţia TMS320C1x3.3 Generaţia TMS320C2x(x)3.4 Generaţia TMS320C3x3.5 Generaţia TMS320C4x3.6 Generaţia TMS320C5x3.7 Generaţia TMS320C54x3.8 Generaţia TMS320C6x3.9 Generaţia TMS320C8x3.10 Generaţia TMS320AVxxx

Capitolul Capitolul 33FamiliaFamilia TMS320TMS320


4.1 Descrierea semnalelor4.2 Privire generală asupra arhitecturii

4.3 Structura internă

4.4 Organizarea memoriei4.5 Unitatea centrală aritmetică şi logică4.6 Controlul sistemului4.7 Memoria externă şi interfa ţa I/O4.8 Întreruperile4.9 Portul serial4.10 Multiprocesare şi accesul direct la memorie

Capitolul Capitolul 44StructuraStructura hardware ahardware a generagenera ţţieiiei TMS320C2xTMS320C2x


5.1 Circuitele de control ale sistemului5.2 Interfaţarea memoriilor5.3 Accesul direct la memorie (DMA)5.4 Memoria globală

5.5 Interfaţarea perifericelor5.6 Aplicaţii de sistem

Capitolul Capitolul 55ProiectareaProiectarea hardware cuhardware cu procesoareprocesoare TMS320C2xTMS320C2x


6.1 Moduri de adresare a memoriei6.2 Setul de instrucţiuni

6.2.1 Instrucţiuni pentru acumulator6.2.2 Instrucţiuni pentru registrele auxiliare6.2.3 Instrucţiuni pentru pointerul paginii memoriei de date6.2.4 Instrucţiuni pentru registrele T şi P şi pentru înmul ţire6.2.5 Instrucţiuni de salt6.2.6 Instrucţiuni pentru lucrul cu subrutine6.2.7 Instrucţiuni pentru operaţii de intrare / ieşire6.2.8 Instrucţiuni pentru deplasări în memorie6.2.9 Instrucţiuni pentru control

Capitolul Capitolul 66LimbajulLimbajul dede asamblareasamblare alal generagenera ţţieiiei C2xC2x


1.11.1 DefinireDefinire.. CaracteristiciCaracteristici

Procesoarele numericeProcesoarele numericededesemnalsemnal,, numite numite îîn literaturan literatura dedespecialitatespecialitateDSPDSP--uriuri (DSP (DSP -- Digital Signal Processors),Digital Signal Processors),sunt sunt sistemesistemedede calcul programabilecalcul programabile de tip "singlede tip "single--chip",chip", destinate destinate

prelucrării complexeprelucrării complexe aa semnalelor digitalesemnalelor digitale..

DeDeşşii sesenumesc numesc procesoareprocesoare,, ele ele îînglobează nglobează îîntrntr --un singurun singur circuitcircuitintegrat principalele subsisteme componenteintegrat principalele subsisteme componentealeale unui sistemunui sistemdedecalculcalcul ((unitate centralăunitate centrală,, subsistemsubsistemdede memoriememorie,, subsistemsubsistemdedeintrareintrare // ieieşşireire, etc.),, etc.),realizând funcrealizând funcţţii complexeii complexede transferde transfer şşii dedeprelucrareprelucrare aa datelordatelor..



Pentru efectuarea unor Pentru efectuarea unor prelucrări prelucrări îîn timpn timp realreal asupra datelorasupra datelor,,procesoareleprocesoareledede semnal lucrează semnal lucrează lala frecvenfrecvenţţe mari e mari şşi dispuni dispun dede ununset complex deset complex deinstrucinstrucţţiuniiuni ,, putând astfel executa zeciputând astfel executa zecidede milioanemilioanedede operaoperaţţii ii îîn virgulă mobilă pe secundăn virgulă mobilă pe secundă (MFLOPS (MFLOPS -- Million Million FloatingFloating--Point Operations per Second).Point Operations per Second).

TotodatăTotodată,, structura internă paralelă permite efectuarea mai structura internă paralelă permite efectuarea mai

multor operamultor operaţţii simultanii simultan ,, ceea ce creceea ce creşşte considerabil putereate considerabil putereadedecalculcalcul a DSPa DSP--uluiului ..











MAC = MultiplyMAC = Multiply --Add ComputationAdd Computation

A = BC + DA = BC + D

PipeliningPipelining


1.21.2 Producători Producători de DSPde DSP--uriuri

Texas Instruments (57%)

Motorola (13%)

AT&T (13%)

NEC (8%)

Analog Devices (6%)

Alte firme (3%)



Texas Instruments (TI)Texas Instruments (TI)

• Mai mult de 100 de tipuri de DSP-uri, utilizate în domenii diverse, cum ar fi:comunicaţii, calculatoare, produse de larg consum, conducerea proceselor industriale,instrumentaţie, aplicaţii militare, etc.

• Cea mai largă linie de procesoare DSP de uz general într-un singur cip

• Cea mai extinsă reţea de distribuitori si de utilizatori experimentaţi.

• Suport eficient şi complex creat şi oferit pentru fiecare procesor DSP, care cuprinde:sisteme de dezvoltare hardwareşi software de înaltă calitate; asistenţă tehnică permanentă (telefonic, sau direct la utilizator); buletine de informaţii, ghiduri deutilizare, cărţi; mii de pagini de note de aplicaţii; şi un volum impresionant de cod sursă oferit gratuit.

• Produse şi servicii oferite în domeniul prelucrărilor numerice de semnal cuprocesoare TI de către peste 200 de alte firme (third-party).



Texas Instruments (TI)Texas Instruments (TI)

FamiliaFamilia dede procesoareprocesoareDSP se DSP se caracterizează caracterizează şşi printri printr --unun gradgrad ridicat ridicat îîn ceea n ceea ce privece priveşşte paralelismul operate paralelismul operaţţiilor aritmetice iilor aritmetice şşii alal celorcelor de transfer. de transfer.

Procesoarele dispunProcesoarele dispundede magistralemagistrale multiple care permitmultiple care permit calculul paralelcalculul paralel,, îîncâtncâtpotpot exista situaexista situaţţii ii îînn carecare structurilestructurile dede calcul realizează calcul realizează 1111 operaoperaţţii ii îîn acelan acelaşşi i timptimp ..


1.31.3 AplicaAplica ţţiiii ale DSPale DSP--urilorurilor

TehnicileTehnicile DSPDSP tind să tind să îînlocuiască metodele clasicenlocuiască metodele clasicedede

procesare analogicăprocesare analogică aa semnalelor semnalelor îîn multe domeniin multe domenii. .

Procesarea numericăProcesarea numerică aa semnalelorsemnaleloraa devenitdevenit oo tehnică tehnică

standardstandard îîn multe domeniin multe domenii,, printreprintre care:care: telecomunicatelecomunicaţţiileiile,,analiza analiza şşi prelucrarea semnalelor biomedicalei prelucrarea semnalelor biomedicale,, controlulcontrolulnumeric,numeric, procesarea vorbirii procesarea vorbirii şşii aa semnalelorsemnaleloraudio / video,audio / video,instrumentainstrumentaţţia numericăia numerică,, tehniciletehnicile radar, sonar, etc.radar, sonar, etc.


1.31.3 AplicaAplica ţţiiii ale DSPale DSP--urilorurilor

SeSepoate observa poate observa că că domeniul procesării domeniul procesării numericenumerice aa semnalelor semnalelor este unul interdisciplinareste unul interdisciplinar,,bazândubazându--sesepe noile pe noile descoperiridescoperiri din diversedin diversealte domeniialte domenii. .

AAşşaa cum secum sepoate vedea poate vedea îînn figurafigura , , granigraniţţele dintre ele dintre domeniuldomeniul DSPDSPşşii alal altoraltordisciplinediscipline tehnice nu sunt tehnice nu sunt binebine delimitate,delimitate, existând existând multe puncte comunemulte puncte comune..


2.2. Sisteme pentru procesarea Sisteme pentru procesarea

numericănumerică aa semnalelorsemnalelor

Procesarea numericăProcesarea numerică aa semnalelorsemnaleloraa devenit atractivă devenit atractivă îîncăncă dindin aniianii 1960,1960, odatăodată cucu introducerea tehnicilor digitaleintroducerea tehnicilor digitale. Ulterior a. Ulterior a devenitdevenit oo alternativă alternativă îîn n procesarea semnalelor pe măsură ce structurile digitaleprocesarea semnalelor pe măsură ce structurile digitale hardware auhardware au evoluatevoluat, , auau devenit mai rapidedevenit mai rapide,, mai umai uşşoror dede utilizatutilizat ,, mai ieftine mai ieftine şşii tottot mai răspândite pe mai răspândite pe

piapiaţţăă..

DacăDacă iniini ţţial DSPial DSP--ulul aa apărut apărut ca oca ocerincerinţţăă aa piepieţţiiii ,, acumacum,, performanperformanţţeleeleDSPDSP--urilor oferiteurilor oferite auau făcut făcut caca domeniiledomeniile dede aplicare practic să explodeze aplicare practic să explodeze.. PrePreţţul ul îîn n scăderescădere,, suportulsuportul hardhard şşii softsoft oferitoferit tottot maimai complexcomplex şşi putereai puterea dede procesareprocesaretottot maimai mare aumare au făcut făcut caca utilizareautilizarea DSPDSP--urilor urilor îînn tottot mai multe aplicamai multe aplicaţţii să ii să devină un fapt obidevină un fapt obişşnuitnuit :: modemurimodemuri de marede mare viteză viteză,, telefoane fără telefoane fără firfir sau sau celularecelulare,, playereplayere audioaudio sausauvideo,video, camere digitalecamere digitale-- sunt produsesunt produseaa căror căror

funcfuncţţionareionare sese bazează aproape exclusiv pe prelucrarea numerică bazează aproape exclusiv pe prelucrarea numerică aasemnalelorsemnalelor..


2.12.1 Introducere Introducere îîn procesarea digital ăn procesarea digital ă aa semnalelorsemnalelor

Un Un semnalsemnaleste definiteste definitca oca o cantitate fizică dependentă cantitate fizică dependentă dede timptimp , de, depozipoziţţieie,, presiunepresiune, etc. (de, etc. (deexempluexemplu,, tensiuneatensiuneadede ieieşşire furnizat ăire furnizat ă dede

către un microfon este strâns legatăcătre un microfon este strâns legată dede presiunea acustică presiunea acustică aa sunetuluisunetuluicaca funcfuncţţieie dede timptimp ).).

ÎÎ n aplican aplicaţţiileiile practice,practice, multe dintre semnalele multe dintre semnalele îîntâlnite sunt analogicentâlnite sunt analogice,,deci prezentedeci prezentelala fiecarefiecare moment demoment detimp timp şşi având amplitudini diferitei având amplitudini diferite . .

PentruPentru aa prelucra astfelprelucra astfel dede semnale continui semnale continui îîn timp folosindn timp folosind DSPDSP--uriuri ,,este necesareste necesarcaca acestea să fie acestea să fie eeşşantionate antionate şşi cuantizatei cuantizatepentrupentru a produce oa produce osecvensecvenţţă numericăă numerică. .

Această secvenAceastă secvenţţă discretă ă discretă îîn timpn timp, cu o, cu oamplitudineamplitudine dede valoarevaloare tottot discretădiscretă,, reprezentată pe un număr finit reprezentată pe un număr finit dede bibiţţii ,, poartă numele poartă numele dede semnalsemnaldigitaldigital..



SistemeleSistemeledede procesare numerică procesare numerică aa semnalelor utilizează un semnalelor utilizează un DSPDSPşşii oo structură structură hardwarehardware

digitalădigitală,, precum precum şşi două convertoarei două convertoare,, unulunul analoganalog--numeric (ADC numeric (ADC -- AnalogAnalog--toto--Digital Digital Converter)Converter) şşi unul numerii unul numeri --analogicanalogic (DAC (DAC -- DigitalDigital --toto--Analog Converter)Analog Converter) pentrupentru aa îînlocui nlocui dispozitivele analogicedispozitivele analogicestandard,standard, precumprecum:: amplificatoareamplificatoare,, modulatoare modulatoare şşi filtrei filtre ..

Semnalul analogic ce trebuie procesat este mai Semnalul analogic ce trebuie procesat este mai îîntâi entâi eşşantionat antionat şşi codificat i codificat îîntrntr --un semnalun semnaldigitaldigital îînn formă formă binară prin blocul binară prin blocul ADC.ADC. ProcesorulProcesorulDSPDSP realizează opera realizează operaţţii matematice ii matematice bazate pe un anumit algoritmbazate pe un anumit algoritmdede prelucrare numerică prelucrare numerică aa semnalelorsemnalelor,, implementat implementat îînn software.software.SemnalulSemnaluldigitaldigital obobţţinutinut lala ieieşşire poateire poate fifi convertit convertit îînapoi napoi îînn formă formă analogică prin blocul analogică prin blocul DAC. DAC. DeDe asemeneaasemenea,, un procesorun procesorDSPDSPpoate prelucra poate prelucra şşi semnale digitale primitei semnale digitale primitelala intrareintrare de lade la alte alte structuri numerice structuri numerice şşi poate furniza i poate furniza îînn exteriorexterior comenzi digitale către alte sisteme comenzi digitale către alte sisteme.. ÎÎ n unele n unele aplicaaplicaţţiiii ,, un sistemun sistemDSPDSPpoate creapoate creainternintern semnale digitalesemnale digitale..



AlgoritmiiAlgoritmii de tip DSP pot fide tip DSP pot fi implementaimplementaţţi pei pe maremare varietatevarietatedede structuri digitalestructuri digitale ::

•• sisteme logice programabile sau neprogramabilesisteme logice programabile sau neprogramabile•• microprocesoare microprocesoare şşi microcontrolerei microcontrolere dede uzuz generalgeneral•• procesoare numericeprocesoare numericedede semnalsemnaldede uzuz generalgeneral



•• Sisteme logice programabile sau neprogramabileSisteme logice programabile sau neprogramabile

Se pot Se pot implementa algoritmiimplementa algoritmi dede codare codare şşi decodarei decodarevideo,video, pe un singur cippe un singur cipVLSI (Very VLSI (Very Large Scale Integration Large Scale Integration -- cucu Integrare pe Scară Foarte Largă Integrare pe Scară Foarte Largă).). TotuTotuşşii ,, solusoluţţiileiilehardwarehardware sunt orientate către rezolvarea unor aplica sunt orientate către rezolvarea unor aplicaţţii specificeii specifice.. AstfelAstfel dede solusoluţţii sunt ii sunt mai rapide mai rapide şşii dede mai mici dimensiuni decât solumai mici dimensiuni decât soluţţiile programabileiile programabile,, îînsâ necesită un nsâ necesită un timp mult maitimp mult mai maremare pentru proiectarepentru proiectare,, unun costcost ridicat pentru dezvoltare ridicat pentru dezvoltare şşi sunt dificili sunt dificildede modificat sau upgradatmodificat sau upgradat ((actualizatactualizat).).

Procesorul programabil poateProcesorul programabil poatefifi programat pentruprogramat pentru oo multitudinemultitudine de taskde task--uriuri ((sarcinisarcini). ). SeSe utilizează pentru sisteme complexe utilizează pentru sisteme complexe şşii carecare sunt prea dificilsunt prea dificil dede realizat pe seama realizat pe seama circuitelor neprogramabilecircuitelor neprogramabile,, pentru produsepentru produse carecare ncesită un timp ncesită un timp dede dezvoltare foarte dezvoltare foarte scurt scurt şşi uni un cost decost depunerepunere lala punct scăzut punct scăzut,, sistemesistemecarecare trebuie upgradatetrebuie upgradate periodic,periodic, pe pe baza unor noi algoritmi baza unor noi algoritmi şşi standardei standarde.. PentruPentru oo sarcină specifică sarcină specifică,, procesorul este maiprocesorul este mailentlent decât cipdecât cip--ulul VLSI careVLSI care ar realiza acelaar realiza acelaşşii task.task.



•• Microprocesoare Microprocesoare şşi microcontrolerei microcontrolere dede uzuz generalgeneral

Microprocesoarele Microprocesoarele şşi microcontrolerelei microcontrolerele dede uzuz generalgeneralsunt astfel concepute sunt astfel concepute îîncât să poată realiza procesări ncât să poată realiza procesări îîn forme extremn forme extrem dede generalegenerale,, folosindfolosind oo

arhitectur ă von Neumannarhitectur ă von Neumann, la care, la care există un spa există un spaţţiu unitariu unitar dede memoriememorie,, atât atât pentru instrucpentru instruc ţţiuniiuni ,, cât cât şşi pentrui pentru date.date. PrinPrin contrast, ocontrast, o arhitectură arhitectură HarvardHarvard

separă spasepară spaţţiuliul dede memorie memorie îîn memorian memoria programprogram şşi memoriai memoria de date,de date,astfel astfel îîncât ambele să poatăncât ambele să poată fifi accesate simultanaccesate simultan.. Cea maiCea maimaremare parteparte a DSPa DSP--urilor urilor utilizeazăutilizează oo arhitectură arhitectură HarvardHarvard modificată modificată şşi sunt optimizate pentrui sunt optimizate pentru aaefectua operaefectua operaţţii repetateii repetate dede îînmulnmulţţire ire şşi sumarei sumarecarecare accesează accesează îînn modmodsecvensecvenţţial datele stocate ial datele stocate îîn locan locaţţiiii consecutive aleconsecutive alememorieimemoriei..



•• Procesoare numericeProcesoare numericedede semnalsemnaldede uzuz generalgeneral

SistemeleSistemelede tip DSP aude tip DSP auîînlocuit nlocuit îînn maremare parte sistemeleparte sistemeledede procesare analogică procesare analogică şşii auau

permis extinderea considerabilăpermis extinderea considerabilă aa ariei aplicaariei aplicaţţiiloriilor .. Principalul avantajPrincipalul avantaj al DSPal DSP--urilor urilor este programabilitatea loreste programabilitatea lor.. Un sistemUn sistemDSPDSP permite utilizatorului să modifice permite utilizatorului să modifice tasktask--urile urile prin scrierea unui nouprin scrierea unui nou codcod îîn memoria sistemuluin memoria sistemului. De. Deasemeneaasemenea,, permite actualizarea permite actualizarea parametrilor sistemului pe baza unor noi algoritmi pentruparametrilor sistemului pe baza unor noi algoritmi pentru oo mai bună adaptare mai bună adaptare lalamediul mediul îînn continuă continuă schimbareschimbare.. SistemeleSistemeleDSP seDSP se bucură bucură dede performanperformanţţe deosebite e deosebite îîntrucât atât memoriantrucât atât memoria,, cât cât şşi procesoruli procesorul,, sunt practic independentesunt practic independentedede temperatură temperatură şşiipotpot reacreacţţiona corect iona corect îîn diferite medii externe pe n diferite medii externe pe îîntreaga duratăntreaga durată dede viaviaţţăă aa produsuluiprodusului . . MaiMai multmult ,, un acelaun acelaşşi algoritmi algoritm DSPDSPpoatepoate fifi transpus transpus îînn diversediverse limbaje limbaje şşi poatei poate fifi rulat rulat pe diferite arhitecturipe diferite arhitecturi hardware cuhardware cu aceleaaceleaşşi rezultatei rezultate.. Costul sistemelorCostul sistemelorDSPDSPeste este îînn

continuăcontinuă scădere scădere,, îîn timp ce performann timp ce performanţţeleele continuă continuă să crească să crească de la ode la ogenerageneraţţieie lala altaalta.. Puterea consumatăPuterea consumată dede către un către un DSP aDSP a scăzut spectaculos scăzut spectaculos de la ode la ogenerageneraţţieie lala

următoareaurmătoarea,, astfel astfel îîncât astăzi dispozitivele realizatencât astăzi dispozitivele realizatesese pretează foarte bine pretează foarte bine a fia fi incluse incluse îîn structuri portabilen structuri portabile .. ÎÎ nn plus,plus, unele operaunele operaţţiiii dede procesareprocesareaa semnalelor nici nusemnalelor nici nupot fipot fiimplementate pe baza tehnicilor analogiceimplementate pe baza tehnicilor analogice..


2.22.2 SistemeSisteme DSPDSP

DeDe obiceiobicei,, sistemelesistemeleDSPDSPsunt incluse sunt incluse îîn sisteme mai largin sisteme mai largicucu rolul rolul specializatspecializatde ade arealiza operarealiza operaţţiiii dede procesare numerică procesare numerică aa semnalelorsemnalelor,,permipermiţţând astfel ând astfel îîntregului sistem săntregului sistem să execute taskexecute task--uri mai generaleuri mai generale. .

De De exempluexemplu,, un procesorun procesorDSPDSPeste utilizat este utilizat îîn cadrul unuin cadrul unui modemmodempentru controlul transmisieipentru controlul transmisiei de date,de date,iar iar îîntreg ansamblul constituie ntreg ansamblul constituie sistemulsistemulDSP alDSP alunuiunui calculator. calculator.

DestulDestul dede desdes,, acestacesttip detip de sistemsistemDSPDSP rulează doar rulează doar oo singură singură

aplicaaplicaţţieie ((specificăspecifică)) şşi nu poatei nu poatefifi programatprogramat dede către utilizator către utilizator. .

De De faptfapt,, utilizatorul nici nuutilizatorul nici nu areare nevoie să nevoie să şştietie că că un astfelun astfel dede procesorprocesor(de(de exempluexemplu,, un procesorun procesorDSP careDSP careeste inclus este inclus îîn sistemuln sistemulde control de control al hardal hard--diskdisk--ului pentru controlul motorului ului pentru controlul motorului şşii aa pozipoziţţionării capuluiionării capuluidede citirecitire )) este parte componentă este parte componentă aa calculatoruluicalculatorului ..



Cercetările actuale Cercetările actuale îîn domeniuln domeniul DSPDSP--urilorurilor ss--auau orientatorientat tottot mai mult mai mult spre soluspre soluţţiileiile complete carecomplete care să să îînglobeze nglobeze algoritmialgoritmi, software, softwareşşiihardwarehardwareîîntrntr--un sistem unitarun sistem unitar..

SoftSoft--ul este ul este îînn fondfond unun program careprogram care controlează un controlează un set deset deresurseresursededecalculcalcul hardwarehardware pentrupentru aa implementa un algoritmimplementa un algoritm,, îîn timp cen timp ce hardhard--ul ul constăconstă dindin blocuriblocuri dede calcul specificecalcul specifice. .

DezvoltareaDezvoltareasoftsoft--ului poateului poate fifi fie independentă fie independentă dede procesorprocesor,, fie fie

specifică unui anumit dispozitivspecifică unui anumit dispozitiv. .

Deoarece dezvoltareaDeoarece dezvoltareasoftsoft--uluiului aa devenitdevenit oo cheltuială mai cheltuială mai îînsemnată nsemnată decât dezvoltareadecât dezvoltareahardhard--ului ului îîn principalele sistemen principalele sistemeDSP,DSP, proiectarea proiectarea

independentăindependentă dede procesorprocesorareare avantajul portabilită avantajul portabilităţţiiii softsoft--ului obului obţţinut inut pe diferite procesoare pe diferite procesoare şşi abilitateai abilitatea de ade amigra umigra uşşor către noile or către noile procesoareprocesoare,, mai performante mai performante şşi mai complexei mai complexe, care, carevor apare vor apare îîn n viitorviitor ..



ÎÎ n cadrul proiectării independenten cadrul proiectării independente dede procesorprocesor,, limbajelelimbajele dede nivel nivel îînaltnalt ,, precumprecum CC sausauC++,C++, sunt preferate sunt preferate şşi sunt disponibile pentru i sunt disponibile pentru majoritatea procesoarelormajoritatea procesoarelorDSP.DSP.

Programele scrise Programele scrise îînn CC sunt mai usunt mai uşşor or şşi maii mai rapid derapid de scris scris şşi elei elepot fipot fiportateportate de lade la un procesorun procesorlala altul prin simpla recompilarealtul prin simpla recompilare aa codului codului

sursăsursă,, folosind un compilatorfolosind un compilator C specificC specificnoului procesornoului procesor.. Această Această

portabilitate este foarte importantăportabilitate este foarte importantă,, maimai alesalescând algoritmul vacând algoritmul va fifiimplementat pe mai multe procesoare diferiteimplementat pe mai multe procesoare diferite. .

SoftSoft--ulul dependent dedependent deprocesor este realizat prin limbajeprocesor este realizat prin limbajedede asamblareasamblarecarecare reflectă arhitectura unui anumit procesor reflectă arhitectura unui anumit procesor.. DeDeşşi coduli codul dede

asamblare rulează maiasamblare rulează mai rapidrapid şşi necesită mai pui necesită mai puţţină memorieină memorie,, el este el este mai greumai greu dede scris scris şşi trebuie rescris pentru fiecarei trebuie rescris pentru fiecaretip detip de procesorprocesor. .

TotuTotuşşii ,, limbajullimbajul CC rămâne metoda preferată rămâne metoda preferată dede implementareimplementare,, atât atât timp cât poate asiguratimp cât poate asiguraoo viteză viteză dede rulare suficientrulare suficient dede bună pentru un bună pentru un

anumit procesor anumit procesor şşi pentrui pentru oo aplicaaplicaţţieie dată dată..



ÎÎ n aplican aplicaţţiile iile îînn carecare vitezaviteza dede procesare procesare şşi nivelul resurselori nivelul resurselor dede memorie memorie

reprezintă elemente cheiereprezintă elemente cheie,, solusoluţţia este unaia este unadede compromiscompromis carecare utilizează utilizează

limbajullimbajul dede asamblare pentru implementarea secasamblare pentru implementarea secţţiunilor critice iunilor critice şşi i limbajullimbajul CC pentru restul coduluipentru restul codului. .

Programarea combinatăProgramarea combinată C C -- asamblare reprezintă un compromis asamblare reprezintă un compromis bunbunîîntre untre uşşurinurin ţţa codificării a codificării şşi eficieni eficienţţa implementăriia implementării . .

ÎÎ nn mod constant,mod constant,eficieneficienţţa compilatoarelora compilatoarelor C seC seîîmbunătămbunătăţţeeşşte te şşi multe i multe libr ăriilibr ării DSPDSPscrise scrise îîn limbajn limbaj dede asamblare optimizatasamblare optimizatpermitpermit utilizatorului utilizatorului

să dezvoltesă dezvoltecucu uuşşurinurin ţţă programe eficiente ă programe eficiente îînn codcod combinatcombinat..



Majoritatea algoritmilor Majoritatea algoritmilor şşi aplicai aplicaţţiiloriilor DSP seDSP se dezvoltă dezvoltă şşii sese verifică pe verifică pe

calculatoarecalculatoaredede uzuz general,general, fără constrângeri privind timpul fără constrângeri privind timpul dede execuexecuţţieie,, mărimea memorieimărimea memoriei,, ori costul sistemuluiori costul sistemului. .

Definitivarea unei aplicaDefinitivarea unei aplicaţţiiii practicepractice trebuie condusă spre trebuie condusă spre oo proiectare proiectare

globalăglobală carecare să asigure algoritmi performan să asigure algoritmi performanţţii , software, softwareeficient eficient şşi resursei resursehardwarehardware optimeoptime. .

De De exempluexemplu,, un algoritm poateun algoritm poate fifi implementat fie prinimplementat fie prin hard,hard, fie prinfie prin soft,soft,alegând astfel alegând astfel îîntre viteză ntre viteză şşi flexibilitatei flexibilitate . .

De De asemeneaasemenea,, un algoritm poateun algoritm poate fifi modificat astfel modificat astfel îîncât săncât să seseadapteze mai adapteze mai binebine la ola o structură structură hard / softhard / soft existentă existentă. .

HardHard --ul poateul poate fifi conceputconceputspecificspecificpentru un algoritm datpentru un algoritm dat ,, sausausese poate poate

urmări minimizarea costului pe durata dezvoltării urmări minimizarea costului pe durata dezvoltării şşi utiliz ăriii utiliz ării . .

Toate aceste variante trebuie avute Toate aceste variante trebuie avute îîn vedere n vedere îîn dezvoltarea unei anumite n dezvoltarea unei anumite aplicaaplicaţţiiii ..



Proiectarea unui sistemProiectarea unui sistemDSPDSP implică implică oo cunoacunoaşştere bunătere bună aa problemei problemei şşii a a tuturor cerintuturor cerin ţţelor necesareelor necesare. .

De De obiceiobicei sese lucrează lucrează îîn echipăn echipă:: ingineringiner de hard,de hard, ingineringiner dede sistemsistem,,proiectantproiectant de softde softşşii specialistspecialistîîn testarea structuriin testarea structurii. .

Analiza Analiza şşi proiectarea unui algoritmi proiectarea unui algoritm DSPDSPeficienteficient carecare să utilizeze resurse să utilizeze resurse

hardhard şşii softsoft optime esteoptime esteoo muncă complexă muncă complexă, care se, care se bazează cel pu bazează cel puţţin in îîn n fazafaza dede proiectare pe unelteproiectare pe uneltesoftsoft performanteperformante. .

Se Se poate utilizapoate utiliza dede exempluexempluMATLABMATLAB şşii SIMULINK, cu toolboxSIMULINK, cu toolbox --urile urile aferenteaferentede la firmade la firma MathWorksMathWorks ..


2.3 2.3 Familia Familia TMS320TMS320

ÎÎ nn 1982, Texas Instruments a1982, Texas Instruments aintrodus primul procesorintrodus primul procesor DSP, TMS32010, DSP, TMS32010, dindin familiafamilia TMS320. TMS320.

AstăziAstăzi,, această familie con această familie conţţine atât procesoare ine atât procesoare îîn virgulă fixăn virgulă fixă,, cât cât şşi i îîn n virgul ă mobilăvirgul ă mobilă. .

Procesoarele peProcesoarele pe1616 bibiţţi i îîn virgulă fixă sunt cuprinse n virgulă fixă sunt cuprinse îîn generan generaţţiileiile: : TMS320C2000 (cuTMS320C2000 (cureprezentanreprezentanţţiiii C24xC24x şşii C28x), C5000 (C54xC28x), C5000 (C54xşşii C55x)C55x)şşii C6000 (C62xC6000 (C62xşşii C64x). C64x).

Procesoarele peProcesoarele pe3232 bibiţţi i îîn virgulă mobilă sunt cuprinse n virgulă mobilă sunt cuprinse îîn generan generaţţiileiile: : C3x, C4xC3x, C4x şşii C7x. C7x.

ProcesoareleProcesoareledindin aceeaaceeaşşi generai generaţţieie aleale familieifamiliei TMS320 auTMS320 auaceeaaceeaşşi i arhitectur ăarhitectur ă dede bază bază,, dar posedă configura dar posedă configuraţţii diferiteii diferite aleale memoriei pe cip memoriei pe cip şşii aa perifericelorperifericelor ..



ArhitecturaArhitectura TMS32010TMS32010şşi setuli setul dede instrucinstrucţţiuniiuni aa fost proiectat pentrufost proiectat pentru aamaximiza putereamaximiza putereadede calcul calcul şşi flexibilitatea printri flexibilitatea printr --oo tehnologietehnologiedede integrareintegrarela ola o frecvenfrecvenţţăă aa ceasuluiceasuluide 5MHz, 1982. de 5MHz, 1982.

AstăziAstăzi,, unul dintre cele mai rapide procesoareunul dintre cele mai rapide procesoarealal familieifamiliei , C64x,, C64x,dispunedispunede de oo viteză viteză dede execuexecuţţieie dede până până la 1GHz, cala 1GHz, caurmareurmare aa îîmbunătămbunătăţţirilor irilor tehnologice tehnologice şşii aleale arhitecturii implementate arhitecturii implementate şşii aa unor cicluriunor cicluri dede ceas mai ceas mai rapiderapide. .

ÎÎ mbunătămbunătăţţirile aduse arhitecturii pentruirile aduse arhitecturii pentru a o facea o face independentă independentă dede viteza viteza ceasuluiceasuluisese bazează pe bazează pe multiplemultiple unită unităţţii dede calculcalcul de tipde tip îînmulnmulţţireire--adunareadunare(MAC (MAC -- MultiplyMultiply --Add Computation),Add Computation), pepe oo intensivă implementare intensivă implementare aaoperaoperaţţiilor paraleleiilor paralele ,, pepe oo memorie maimemorie maimaremare şşi mai rapidăi mai rapidă cucu magistralemagistraleinterne multipleinterne multiple şşi pe introducerea unor instruci pe introducerea unor instrucţţiuni iuni şşi motoarei motoare hardwarehardwaremai puternice mai puternice şşi mai bine adaptate implementării unor algoritmii mai bine adaptate implementării unor algoritmi DSP deDSP de utilitate generalăutilitate generală..



Modul Modul îînn care secare seconstituie un sistemconstituie un sistemDSPDSPîîn jurul procesoruluin jurul procesorului TMS320TMS320

Cele două blocuri externe principale necesare sunt memoriaCele două blocuri externe principale necesare sunt memoria(de program(de program şşii //sausaude de date)date) şşi perifericelei perifericele. .

De De obiceiobicei,, procesoareleprocesoareleDSPDSPdispundispun de o mică de o mică memriememrie cache oncache on--chip, ochip, o memoriememorie de de program de tip ROM,program de tip ROM, memoriememorie RAMRAM şşi perifericei periferice. .

Perifericele precum convertoarelePerifericele precum convertoareleA/NA/N şşii N/A pot fiN/A pot fi conectate fieconectate fielala magistralamagistrala de de date,date, utilizând adreseutilizând adresededicate (dedicate (specificespecifice),), fiefie lala interfainterfa ţţa serialăa serială,, dacă cipul dispune dacă cipul dispune

dede porturi serialeporturi seriale ..



Date post:	19-Feb-2018
Category:	Documents
Upload:	buikiet
View:	249 times
Download:	12 times

PROCESOARE NUMERICE DE SEMNAL DIGITAL …pns.ac.tuiasi.ro/Doc/curs/Prezentare_01.pdf · •...

Documents