Цифровой сигнальный процессор dsp

Цифровой сигнальный процессор dsp

Этот документ описывает основные концепции цифровой обработки сигналов (DSP), а также содержит разнообразные ссылки на источники более детальной информации.

Что такое DSP?

Цифровые сигнальные процессоры (DSP, Digital Signal Processors) принимают на вход предварительно оцифрованные физические сигналы, например, звук, видеоизображение, показания температуры, давления и положения, и производят над ними математические манипуляции. Внутренняя структура цифровых сигнальных процессоров специально разрабатывается таким образом, чтобы они могли очень быстро выполнять такие математические функции, как “сложение”, “вычитание”, “умножение” и “деление”.

Сигналы необходимо обработать так, чтобы информация, которую они содержат, могла быть отображена графически, проанализирована или преобразована в полезный сигнал иного типа. В реальном мире обнаружение сигналов, соответствующих физическим явлениям, таким как звук, свет, температура или давление, и манипуляции ими осуществляется аналоговыми компонентами. Затем, аналого-цифровой преобразователь берет реальный сигнал и преобразовывает его в цифровой формат в виде последовательности нулей и единиц. На данном этапе в процесс вступает цифровой сигнальный процессор, который осуществляет сбор оцифрованной информации и ее обработку. Далее он выдает оцифрованную информацию обратно в реальный мир для дальнейшего использования. Выдача информации осуществляется одним из двух способов – в цифровом или в аналоговом формате. Во втором случае оцифрованный сигнал пропускается через цифро-аналоговый преобразователь. Все эти действия выполняются на очень высокой скорости.

Для иллюстрации этой концепции рассмотрим приведенную ниже блок-схему, на которой показано, как цифровой сигнальный процессор используется в составе MP3 аудиоплеера. В фазе записи аналоговый звуковой сигнал поступает в систему от приемника или иного источника. Этот аналоговый сигнал преобразовывается в цифровой сигнал при помощи аналого-цифрового преобразователя и передается в цифровой сигнальный процессор. Цифровой сигнальный процессор выполняет кодирование в формат MP3 и сохраняет файл в память. В фазе воспроизведения файл извлекается из памяти, декодируется цифровым сигнальным процессором и преобразовывается при помощи цифро-аналогового преобразователя обратно в аналоговый сигнал, который может быть воспроизведен в акустической системе. В более сложном примере цифровой сигнальный процессор может выполнять дополнительные функции, например, регулировку громкости, частотную компенсацию и обеспечение интерфейса пользователя.

Информация, формируемая цифровым сигнальным процессором, может быть использована компьютером, например, для управления системами безопасности, телефонами, домашними кинотеатрами или сжатием видеоизображений. Сигналы могут подвергаться сжатию (компрессии) для более быстрой и эффективной передачи из одного места в другое (например, в системах телеконференций для передачи речи и видеоизображений по телефонным линиям). Сигналы также могут подвергаться дополнительной обработке для повышения их качества или предоставления информации, которая изначально недоступна для восприятия человеком (например, в задачах эхокомпенсации в мобильных телефонах или компьютерного улучшения качества изображений). Физические сигналы могут обрабатываться и в аналоговой форме, однако цифровая обработка обеспечивает повышенное качество и быстродействие.

Поскольку цифровой сигнальный процессор является программируемым, он может быть использован в самых разнообразных задачах. При создании проекта вы можете написать собственное программное обеспечение или использовать программное обеспечение, обеспечиваемое компанией Analog Devices или сторонними компаниями.

Более подробную информацию о преимуществах применения цифровых сигнальных процессоров при обработке сигналов реального мира вы можете найти, прочитав первую часть статьи Цифровая обработка сигналов 101 – Вводный курс в проектирование систем цифровой обработки сигналов, которая называется “Зачем нужен цифровой сигнальный процессор?”

Что находится внутри цифрового сигнального процессора (DSP)?

Цифровой сигнальный процессор включает в себя следующие ключевые компоненты:

  • Память программ: Содержит программы, которые цифровой сигнальный процессор использует для обработки данных
  • Память данных: Содержит информацию, которую необходимо обрабатывать
  • Вычислительное ядро: Выполняет математическую обработку, обращаясь к программе, содержащейся в памяти программ, и данным, содержащимся в памяти данных
  • Подсистема ввода/вывода: Осуществляет спектр функций для интерфейса с внешним миром

Рекомендуемая литература

Для получения подробной информации о процессорах и прецизионных аналоговых микроконтроллерах компании Analog Devices мы предлагаем вам ознакомиться со следующими ресурсами:

Цифровая обработка сигналов – это сложный предмет, и он способен ошеломить даже наиболее опытных профессионалов в области цифровых сигнальных процессоров. Здесь мы дали лишь краткий обзор, но компания Analog Devices также предлагает дополнительные ресурсы, содержащие более подробную информацию о цифровой обработке сигналов:

  • Цифровая обработка сигналов с фиксированной и плавающей точкой – обзор технологий и вопросы практического применения
  • Руководство по цифровой обработке сигналов для ученых и инженеров
  • Серия статей в журнале Analog Dialogue: Цифровая обработка сигналов 101: Вводный курс в проектирование систем цифровой обработки сигналов (на англ.яз.)
  • Часть 1: Зачем нужен цифровой сигнальный процессор? Архитектуры цифровых сигнальных процессоров и преимущества цифровой обработки сигналов перед традиционными аналоговыми схемами
  • Часть 2: Узнайте больше о цифровых фильтрах
  • Часть 3: Реализация алгоритмов на аппаратной платформе
  • Часть 4: Вопросы программирования для поддержки ввода/вывода в реальном времени
  • Говорим на языке DSP: Часто используемые слова и их значение
  • Практические занятия по цифровым сигнальным процессорам являются быстрым и эффективным способом ознакомиться с применением цифровых сигнальных процессоров компании Analog Devices. Они позволят вам овладеть уверенными практическими навыками работы с цифровыми сигнальными процессорами Analog Devices через курс лекций и практических упражнений. Расписание и информацию о регистрации вы можете найти на странице Обучение и разработка.

    Персональные инструменты

    Цифровая обработка

    Алгоритмы цифровой обработки сигналов обычно требуют быстрое выполнение большого количество математических операций и неоднократность на ряде выборок данных. Сигналы (возможно, от аудио или видео) постоянно преобразовываются из аналогового в цифровой сигнал, используются в цифровой форме, и затем преобразовываются назад в аналоговую форму. У многих приложений DSP есть ограничения на задержку; т.е. для системы, чтобы функционировать, операция DSP должна быть завершена в некотором установленном времени и задержана, обработка не жизнеспособна.

    Читайте также:  Silent hunter 5 подлодки

    Преимущества DSP

    Большинство микропроцессоров общего назначения и операционных систем могут успешно выполнить алгоритмы DSP, но не подходят для использования в портативных устройствах, таких как мобильные телефоны из-за ограничений эффективности питания. А специализированный, цифровой сигнальный процессор, однако, имеет тенденцию предоставлять решение меньшей стоимости, с лучшей производительностью, более низкой задержкой и без необходимости специализированного охлаждения или больших батарей.

    Архитектура

    Архитектура цифрового сигнального процессора оптимизирована в частности для цифровой обработки сигналов. Наиболее также поддерживаются некоторые функции, как процессор приложений или микроконтроллер, так как обработка сигналов редко — единственная задача системы. Некоторые полезные функции оптимизации алгоритмов DSP описаны в общих чертах ниже.

    Архитектура и ее особенности

    Архитектура ЦСП имеет ряд особенностей, в отличии от микропроцессоров общего применения. Она заключается в максимальном ускорении выполнения однотипных задач по цифровой обработке сигналов (поиск сигналов, преобразование Фурье и т.п.). В математике такие задачи приводятся к более простым по правилу «разделяй и властвуй». В нашем случае таким типом подзадач является поэлементное произведение элементов многокомпонентных векторов действительных чисел(это числа, которые могут быть записаны в виде конечной или бесконечной (периодической или непериодической) десятичной дроби.) и последующему суммированию результатов произведения.

    Исходя из этого, процессоры специально оптимизируют под определенные операции(в нашем случае под перемножение и суммирование). В следствии чего растет производительность и быстродействие. Первоочередно ЦСП направлены на многократное умножение с очень быстрым расчетом адресов перемножаемых элементов массивов:

    1. «Умножение с накоплением»(как правило, реализована аппаратно и выполняется за один машинный цикл) (M = M + X × Y), где M, X и Y — элементы действительных массивов с автоматическим расчетом адресов элементов массивов. (MAC)
    2. Аппаратная реализация многократного повторения заданного набора команд.
    3. Использование нескольких портов обращения к памяти DSP для одновременного(за один машинный такт) выбора команд и двух аргументов операции для быстрого выполнения умножения с накоплением.
    4. Способность к векторно-конвейерной обработки при помощи генераторов адресных последовательностей.

    Однако архитектура изменялась из-за ограниченности аппаратных ресурсов первых ЦСП. Память делилась на независимые сегменты, детерминированная работа команд(время выполнения известно) дала начало планированию работы в реальном времени, из-за маленького конвейера несанкционированные переходы происходят гораздо быстрее чем в универсальных, редкий набор регистров и инструкций.

    Архитектура программного обеспечения

    По стандартам процессоров общего назначения, системы команд DSP часто некорректны. Один смысл для архитектуры программного обеспечения — то, что оптимизированные руками подпрограммы ассемблерного кода, обычно, упаковываются в библиотеки для повторного использования, вместо того, чтобы полагаться на усовершенствованные технологии компилятора, чтобы обработать существенные алгоритмы.

    Цифровые сигнальные процессоры иногда используют жестко фиксированное по времени кодирование, чтобы упростить аппаратные средства и эффективность кодирования умножения. Многократные арифметические модули могут потребовать, чтобы архитектура памяти поддерживала несколько выполнений за командный цикл. Специальные средства управления циклом, такие как архитектурная поддержка выполнения нескольких командных слов в очень трудном цикле, без издержек для вызовов команды или тестирования выхода.

    Аппаратная архитектура

    Архитектура памяти

    DSP обычно оптимизируется под потоковую передачу данных и использует специальную архитектуру памяти, которая в состоянии выбрать многократные данные и/или инструкции одновременно, такие как Гарвардская архитектура или измененная архитектура фон Неймана, которые используют отдельную программу и памяти данных (иногда даже параллельный доступ на многократных шинах данных).

    DSP может иногда полагаться на поддержку кода, чтобы знать об иерархиях кэша и связанных задержках. Это — компромисс, который допускает лучшую производительность. Кроме того, используется широкое применение прямой доступ к памяти.

    Адресация и виртуальная память

    DSPS часто использует многозадачные операционные системы, но не имеет никакой поддержки виртуальной памяти или защиты. Операционные системы, которые используют виртуальную память, требуют большего количества времени для переключения среди процессов, которое увеличивает задержку.

    • Аппаратные средства адресации по модулю
    • Разрешает реализацию круговых буферов, без необходимости тестировать на упаковку
  • Бит-реверсная адресация, специальный способ адресации
    • Полезно для вычисления быстрого преобразования Фурье
    • Исключение блока управления памятью
    • Модуль вычисления адреса памяти
    • Примеры: TMS320Cхххх, ADSP-21XX

      Особенности ЦСП

      Характерные особенности ЦСП (DSP):

      • оперативные запоминающие устройства, постоянное запоминающее устройство;
      • интерфейсы как последовательный, так и параллельный;
      • схема обработки прерываний;
      • центральный пункт управления оптимизировано для многократно повторяющихся математических операций в реальном масштабе времени.

      Основные параметры ЦСП

      Основные параметры ЦСП:

      1. Тип арифметики(с фиксированной/плавающей точкой).
      2. Разрядность данных(для фиксированной/плавающей — 16/32 бита, соответственно).
      3. Быстродействие.
      4. Тактовая частота(внутренняя и/или внешняя) и Время командного цикла(время выполнения одного этапа команды).
      5. Количество выполняемых команд за единицу времени.
      6. Количество выполняемых операций за единицу времени (MIPS).
      7. Количество выполняемых операций с плавающей точкой за единицу времени.
      8. Количество выполняемых операций умножения с накоплением за единицу времени.
      9. Виды (RAM и флэш-память) и объём внутренней памяти(сколько данных ЦСП может обработать без обращения к внешней памяти).
      10. Адресуемый объём памяти.
      11. Количество и параметры портов ввода-вывода.
      12. Состав внутренних дополнительных устройств(таймеры, компрессоры и тд).
      13. Напряжение питания и потребляемая мощность.
      14. Состав и функциональность средств разработки и поддержки.
      15. Перечень языков программирования, для которых есть компиляторы под данную систему;
      16. Наличие и возможности средств отладки готовых программ;
      17. Доступность документации и технической поддержки;
      18. Наличие библиотек стандартных подпрограмм и математических функций;
      19. Наличие, доступность и возможности совместимых устройств — АЦП, ЦАП, контроллеры питания и т. д.
      20. Допустимые параметры окружающей среды.
      21. Другие, в зависимости от назначения.

      Сферы применения

      Выделяют достаточно много сфер применения ЦСП.

      Сферы применения DSP:

      1. Коммуникации (Кодирование информации и/или уплотнение каналов(спектральное))
      2. Распознавание чего-либо
      3. Анализатор спектра (прибор для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот) и т.д.

      Зачастую, это сферы, где необходима быстродействующая обработка каких либо сигналов (информации).

      История

      До того, как появились микросхемы DSP, множество приложений DSP были реализованы, используя секционные микропроцессоры. BS Chip(разрядно-модульный кристалл) AMD 2901 со своим набором компонентов пользовался популярностью. AMD также создавала аналогичные модели, однако, очень часто обнаруживались характерные особенности конкретной разработки. Эти секционные архитектуры временами содержали периферийную микросхему множителя. Примерами этих множителей был ряд от TRW, включая TDC1008 и TDC1010, некоторые из которых включали аккумулятор, обеспечивая необходимую функцию умножения с накоплением (MAC) .

      В 1976г. году Ричард Уиггинс предложил концепцию «Speak & Spell» Полу Бредлову, Ларри Брантингхаму, и Джину Францу в научно-исследовательском центре Texas Instruments (Даллас). Два года спустя, в 1978г., они создали первую «Speak & Spell» с технологической главной центральной частью, являющейся TMS5100, как первый цифровой сигнальный процессор отрасли. Это также влекло другие этапы, будучи первой микросхемой, для использования кодирования с линейным предсказанием, чтобы выполнить речевой синтез.

      В свою очередь, Intel 1978г. производил «процессор аналогового сигнала»-2920. Он включал конвертер из аналогового сигнала в цифровой и обратно, на микросхеме с встроенным внутрь сигнальным процессором, но он не обладал аппаратным множителем и не пользовался спросом на рынке. В 1979г. AMI выпускал периферийный прибор обработки данных-S2811. Он создавался, как связующее устройство микропроцессора, со способностью настройки владельцем. S2811, аналогично, не пользовался спросом на рынке.

      Читайте также:  Что значит обновить драйвера

      В 1980г. реализован первый автономный процессор: DSP – NEC µPD7720 и AT&T DSP1 – были представлены на МК(Международной Конференци) Твердотельных схем ’80. Эти два процессора вдохновили исследование в телекоммуникациях PSTN.

      АльтамираDX1 — другое раннее DSP, используемое квадрафонические целочисленные конвейеры с задержанными ответвлениями и предсказаниями ветвлений.

      TMS32010 — еще один ЦСП, произведенный Texas Instruments (TI), и представленный в 1983г., обладал большим успехом. Он основывался на Гарвардской архитектуре, и так содержал индивидуальную инструкцию и память данных. Он обладал специальной системой команд с инструкциями: загрузка с накоплением или умножение с накоплением. Он умел работать над 16-ти разрядными числами и для умножения на это требовалось 390 нс. TI — теперь лидер рынка в ЦСП общего назначения.

      Около пяти лет назад начало распространяться 2-е поколение ЦСП. У них было 3-и памяти для хранения 2-х операндов в одно и то же время, и включали аппаратные средства, для ускорения сложных циклов, а также существовал наименьший адресуемый элемент, способный к адресации цикла. Какие-то из них управляются на 24-х-разрядных переменных и похожей модели, но для MAC затратилось 21 нс. Это такие устройства, как: AT&T DSP16A, Motorola 56000.

      Основное улучшение 3-го поколения — разработка специальных модулей и инструкций в канале передачи данных, или редкое использование в роли сопроцессоров. Эти модули позволили достаточно сильное прямое аппаратное ускорение, определенных, но тяжело решаемых математических проблем, как преобразование Фурье или операции над матрицами. Некоторые микросхемы, как Motorola MC68356, даже включали больше, чем одно ядро процессора, для параллельной работы.

      Четвертое поколение лучше всего характеризуется изменениями в системе команд и кодировании/декодировании инструкции. Были добавлены расширения SIMD, VLIW и появились суперскалярная архитектура. Как всегда, тактовые частоты увеличились, MAC потребовал 3 нс.

      Цифровой сигнальный процессор (англ. digital signal processor , DSP, цифровой процессор обработки сигналов (ЦПОС) [1] ) — специализированный микропроцессор, предназначенный для обработки оцифрованных сигналов (обычно, в режиме реального времени).

      Содержание

      Особенности архитектуры [ править | править код ]

      Архитектура сигнальных процессоров, по сравнению с микропроцессорами общего применения, имеет некоторые особенности, связанные со стремлением максимально ускорить выполнение типовых задач цифровой обработки сигналов, таких, как цифровая фильтрация, преобразование Фурье, поиск сигналов и т. п. Математически эти задачи сводятся к поэлементному перемножению элементов многокомпонентных векторов действительных чисел, последующему суммированию произведений (например, в цифровой фильтрации выходной сигнал фильтра с конечной импульсной характеристикой равен сумме произведений коэффициентов фильтра на вектор выборок сигнала, аналогичные вычисления производятся при поиске максимумов корреляционных и автокорелляционных функций выборок сигналов). Поэтому сигнальные процессоры оптимизированы по быстродействию для выполнения именно таких операций. И ЦСП ориентированы, в первую очередь, на многократное выполнение умножения с расчётом «на лету» адресов перемножаемых элементов массивов:

      • Операция «умножение с накоплением» (англ. multiply-accumulate , MAC ) ( Y = Y + A × B ), где Y, A, B — элементы действительных массивов с автоматическим расчётом адресов элементов массивов и обычно реализована аппаратно и исполняется за один машинный цикл.
      • Аппаратная реализация многократного повторения заданного набора команд, то есть циклы с заранее назначенной длиной без использования счётчиков цикла и команд проверки обнуления счётчика цикла — признака выхода из цикла.
      • Возможность одновременной в одном машинном такте выборки команды и двух операндов для максимально быстрого выполнения команды MAC. Для этого ЦСП имеет несколько портов обращения к памяти (независимых областей памяти, каждая со своим комплектом шин адреса и данных).
      • Поддержка векторно-конвейерной обработки с помощью генераторов адресных последовательностей.

      Ограниченность аппаратных ресурсов первых ЦСП накладывала существенный отпечаток на их архитектуру:

      • Гарвардская архитектура (разделение памяти команд и данных), как правило, модифицированная; с разделением памяти на сегменты с независимым доступом.
      • Детерминированная работа с известными временами выполнения команд, что позволяет выполнять планирование работы в реальном времени.
      • Сравнительно небольшая длина конвейера, так что незапланированные условные переходы могут занимать меньшее время, чем в универсальных процессорах.
      • Экзотический набор регистров и инструкций, часто сложных для компиляторов. Некоторые архитектуры тогда использовали VLIW.

      В современной микроэлектронике процессоры общего применения зачастую содержат аппаратную поддержку типовых операций ЦОС. Особо времяёмкие задачи ЦОС решаются на основе программируемой логики, где можно достичь предельной оптимизации выполнения конкретной операции. Специализированные процессоры ЦОС всё чаще делают векторными. В то же время классические ЦСП снабжают развитыми наборами команд процессоров общего применения и сглаживают особенности программной модели, позиционируя их как изделия широкого применения с ускоренными функциями ЦОС. Все эти тенденции приводят к размыванию классического понятия ЦСП.

      Области применения [ править | править код ]

      • Коммуникационное оборудование:
      • Уплотнение каналов передачи данных;
      • Кодирование аудио- и видеопотоков;
    • Системы гидро- и радиолокации;
    • Распознавание речи и изображений;
    • Речевые и музыкальные синтезаторы;
    • Анализаторы спектра;
    • Управление технологическими процессами;
    • Другие области, где необходима быстродействующая обработка сигналов, в том числе в реальном времени.
    • История [ править | править код ]

      Предшествующие разработки [ править | править код ]

      До 1980 года несколько компаний выпустили устройства, которые можно считать предшественниками ЦСП. Так, в 1978 Intel выпускает «процессор аналоговых сигналов» 2120. В его состав входили АЦП, ЦАП и процессор обработки цифровых данных, однако аппаратная функция умножения отсутствовала. В 1979 AMI выпускает S2811 — периферийное устройство, управляемое основным процессором компьютера. Оба изделия не достигли успеха на рынке.

      Первое поколение (начало 1980-х) [ править | править код ]

      Основную историю ЦСП принято отсчитывать от 1979—1980 годов, когда Bell Labs представила первый однокристальный ЦСП Mac 4, а также на «IEEE International Solid-State Circuits Conference ’80» были показаны µMPD7720 компании NEC и DSP1 компании AT&T, которые, однако, не получили широкого распространения. Стандартом де-факто стал выпущенный чуть позже кристалл TMS32010 фирмы Texas Instruments, по многим параметрам и удачным техническим решениям превосходящий изделия конкурентов. Вот некоторые его характеристики:

      • АЛУ:
      • Размер слова: 16 бит;
      • Разрядность вычислителя: 32 бит;
      • Быстродействие: 5 млн операций сложения или умножения в секунду;
    • Длительность командного цикла: 160—280 нс;
    • Память:
      • ОЗУ: 144—256 слов;
      • ПЗУ программ: 1,5—4 К слов;
      • ППЗУ: до 4К слов (отдельные модели);
      • Внешняя шина:
        • Разрядность: 16 бит;
        • Адресуемое пространство: 4К слов
        • Пропускная способность: 50 Мбит/с
        • Устройства ввода-вывода: 8 портов по 16 разрядов;
        • Второе поколение (середина 1980-х) [ править | править код ]

          Благодаря прогрессу в полупроводниковых технологиях в этот период были выпущены изделия, имеющие расширенные функции по сравнению с первым поколением. К характерным отличиям можно отнести:

          • Увеличение объёма ОЗУ до 0,5 К слов;
          • Добавлена возможность подключения внешней памяти программ и внешней памяти данных объёмом до 128 К слов;
          • Быстродействие повышено в 2—4 раза;
          • Улучшенные подсистемы прерываний и ввода-вывода.

          Много позднее также были выпущены устройства, формально относящиеся ко второму поколению, но имеющие следующие усовершенствования:

          • Увеличена разрядность данных;
          • Пониженное напряжение питания и, как следствие, энергопотребление;
          • Введены режимы экономии энергии;
          • Аппаратная поддержка мультипроцессорности (система совместного доступа к внешней памяти);
          • Аппаратная поддержка кольцевых буферов;
          • Аппаратная поддержка операций циклов;
          • Расширены способы адресации;
          • Две внутренние шины данных, что позволяет значительно ускорить парную обработку данных (координаты X/Y, действительная и мнимая часть и т. д.), либо виртуально удвоить разрядность обрабатываемых данных;
          • Введена кэш-память.
          Читайте также:  Как поменять список важных друзей в контакте

          Третье поколение (конец 1980-х) [ править | править код ]

          Третье поколение ЦСП принято связывать с началом выпуска изделий, реализующих арифметику с плавающей запятой. Характерные особенности первых выпущенных образцов:

          • Производительность: порядка 20-40 млн оп./сек. (MIPS);
          • Два блока ОЗУ по 1 К 32-разрядных слов с возможностью одновременного доступа;
          • Кэш-память объёмом 64 слова;
          • Разрядность регистров: 32 бит;
          • Разрядность АЛУ: 40 бит;
          • Регистры для операций с повышенной точностью;
          • Встроенные контроллеры ПДП;
          • Разрядность шин: 32 бит для команд и 24 бит для адреса;

          Четвёртое поколение [ править | править код ]

          Четвёртое поколение ЦСП характеризуется значительным расширением наборов команд, созданием VLIW и суперскалярных процессоров. Заметно возросли тактовые частоты. Так, например, время выполнения команды MAC ( Y := X + A × B ) удалось сократить до 3 нс.

          Современные ЦСП [ править | править код ]

          Лучшие современные ЦСП можно характеризовать следующими параметрами:

          • Тактовая частота — 1 ГГц и выше;
          • Многоядерность;
          • Наличие двухуровневого кеша;
          • Встроенные многоканальные контроллеры прямого доступа к памяти;
          • Быстродействие порядка нескольких тысяч MIPS и MFLOPS;
          • Выполнение до 8 параллельных инструкций за такт;
          • Совместимость со стандартными шинами (PCI и др.)

          Основные параметры ЦСП [ править | править код ]

          • Тип арифметики. ЦСП делятся на процессоры, обрабатывающие данные с фиксированной точкой и обрабатывающие данные с плавающей точкой. Устройства с плавающей точкой удобнее в применении, но они заметно сложнее по устройству и более дороги;
          • Разрядность данных. Большинство ЦСП с фиксированной точкой обрабатывают данные с разрядностью 16 бит, процессоры с плавающей точкой — 32 бита. Многие модели могут обрабатывать данные с двойной точностью.
          • Быстродействие. Быстродействие как интегральную характеристику определить достаточно сложно, поэтому скорость работы характеризуют несколькими параметрами, а также временем решения некоторых реальных задач.
          • Тактовая частота и Время командного цикла. Для современных ЦСП тактовая внутренняя частота может отличаться от внешней, поэтому могут указываться два значения. Время командного цикла указывает на время выполнения одного этапа команды, то есть время одного цикла конвейера команд. Так как команды могут исполняться за разное количество циклов, а также с учётом возможности одновременного исполнения нескольких команд, этот параметр может характеризовать быстродействие ЦСП достаточно приближённо.
          • Количество выполняемых команд за единицу времени. Различное время исполнения команд, а также исполнение нескольких команд одновременно не позволяют использовать этот параметр для надёжной характеристики быстродействия.
          • Количество выполняемых операций за единицу времени (MIPS). Данный параметр учитывает одновременную обработку нескольких команд и наличие параллельных вычислительных модулей, поэтому достаточно хорошо может указывать на быстродействие ЦСП. Некоторой проблемой здесь остаётся то, что понятие «операции» чётко не формализовано.
          • Количество выполняемых операций с плавающей точкой за единицу времени. Параметр аналогичен предыдущему и используется для процессоров с плавающей точкой.
          • Количество выполняемых операций MAC за единицу времени. Данная команда, с одной стороны, является базовой для многих вычислений, а с другой — достаточно проста. Поэтому время её исполнения можно использовать в том числе и для оценки общей производительности ЦСП.
        • Виды и объём внутренней памяти. Объём внутренней оперативной памяти показывает, сколько данных ЦСП может обработать без обращения к внешней памяти, что может характеризовать общее быстродействие системы, а также возможность работать «в реальном времени». Тип ПЗУ определяет возможности по программированию устройства. Модели с обычным ПЗУ подходят для крупносерийного производства, ППЗУ (однократно программируемое) удобно для небольших тиражей, а применение Flash-памяти позволяет менять программу устройства многократно во время эксплуатации. На данный момент не очень мощные DSP чаще всего снабжены достаточно большой Flash-памятью (её цена неуклонно снижается) и заметным объёмом RAM и поэтому могут являться самодостаточными без добавления внешней памяти и на этапе разработки, и на этапе производства, что повышает конкурентоспособность таких DSP в ряде сегментов рынка. Мощные DSP, как правило, полагаются на внешнюю память, подключённую по достаточно быстрым шинам, а размещение там Flash-памяти может быть технически проблематичным, например, из-за заметного выделения тепла.
        • Адресуемый объём памяти. Объём адресуемой внешней памяти характеризуется шириной внешней шины адреса.
        • Способ начальной загрузки.
        • Количество и параметры портов ввода-вывода. Данный параметр показывает возможности ЦСП по взаимодействию с внешними по отношению к нему устройствами.
        • Состав внутренних дополнительных устройств. В число внутренних могут входить разнообразные по назначению устройства, например, общего применения — таймеры, контроллеры ПДП и т. д., а также проблемно-ориентированные — АЦП, кодеки, компрессоры данных и другие.
        • Напряжение питания и потребляемая мощность. Данная характеристика особенно важна для ЦСП, встраиваемых в переносные устройства. Обычно предпочтительнее низковольтные устройства (1,8-3,3В), которые имеют быстродействие аналогично 5В процессорам, но заметно экономнее в плане потребления энергии. Многие устройства имеют режимы экономии при простое, либо позволяют программно отключать часть своих устройств.
        • Состав и функциональность средств разработки и поддержки.
          • Перечень языков программирования, для которых есть компиляторы под данную систему;
          • Наличие и возможности средств отладки готовых программ;
          • Доступность документации и технической поддержки;
          • Наличие библиотек стандартных подпрограмм и математических функций;
          • Наличие, доступность и возможности совместимых устройств — АЦП, ЦАП, контроллеры питания и т. д.
          • Допустимые параметры окружающей среды.
          • Другие, в зависимости от назначения.
          • Часто используются также интегральные характеристики ЦСП, например, показатель «мощность/ток/быстродействие», например, ma/MIPS (миллиампер на 1 млн инструкций в секунду), что позволяет оценить реальную потребляемую мощность в зависимости от сложности задачи, решаемой процессором в указанный момент.

            Выбор ЦСП целиком определяется назначением разрабатываемой системы. Например, для массовых мобильных устройств важна дешевизна процессора, низкое энергопотребление, в то время как стоимость разработки системы отходит на второй план. С другой стороны, для измерительного оборудования, систем обработки звуковой и видеоинформации важны эффективность процессора, наличие развитых инструментальных средств, многопроцессорность и т. д.

            Оценка и сравнение производительности [ править | править код ]

            Как отмечено ранее, отдельные характеристики типа тактовой частоты, MIPS, MOPS, MFLOPS позволяют оценить быстродействие ЦСП достаточно неоднозначно. Поэтому для решения задачи измерения и сравнения характеристик разных ЦСП используют специальные наборы тестов, имитирующих некоторые распространённые задачи цифровой обработки сигналов. Каждый тест состоит из нескольких небольших программ, которые пишутся на ассемблере и оптимизируются под заданную архитектуру. Эти тесты могут включать реализацию:

            Наиболее авторитетным пакетом тестов на сегодняшний день является тест BTDImark2000 (BDTI DSP Kernel Benchmarks™ (BDTImark2000™) Certified Results), который, кроме указанных алгоритмов, включает также оценку используемой алгоритмом памяти, время разработки системы и другие параметры.

            «>

            Ссылка на основную публикацию
            Фотоаппарат сони dsc h50
            Название объектива : Carl Zeiss Vario-Tessar Количество групп оптических элементов : 8 Количество оптических элементов : 13 Цифровой Zoom :...
            Файл cms что это
            Файлы формата CMS открываются специальными программами. Существует 2 типа форматов CMS, каждый из которых открывается разными программами. Чтобы открыть нужный...
            Файл менеджер для windows 10 на русском
            Менеджер файлов осуществляет просмотр, копирование, управление медиафайлами и папками на персональном компьютере. Он предоставляет функцию быстрого перемещения объектов для ускорения...
            Фотоаппараты до 10000 рублей рейтинг
            На российском рынке представлено настолько много фотоаппаратов и камер, что найдется модель на любой вкус. В том числе есть действительно...
            Adblock detector