Procesory sygnałowe ADSP21

Dariusz Chaberski

Procesory sygnałowe

§ DSP (ang. Digital Signal Processor) - przetwarzanie sygnałów analogowych lub cyfrowych w czasie

rzeczywistym

§ zastosowanie

+ przetwarzanie sygnałów akustycznych

+ przetwarzanie obrazów

+ modulacja, demodulacja - modemy, telefony komórkowe

§ różnice pomiędzy procesorem sygnałowym a mikroprocesorem

+ operacja mnożenia wraz z akumulacją wykonywana jest w jednym cyklu

+ specjalne tryby adresowania pamięci (pamięć dwuportowa)

+ sprawna realizacja pętli

§ podział

+ stałoprzecinkowe

+ zmiennoprzecinkowe

+ 16, 32, 64 bitowe

2

Ewolucja

3

Przykład wykorzystania DSP

4

Próbkowanie i kwantyzacja

5

Zjawisko aliasingu - sygnał

6

Zjawisko aliasingu - widmo

7

Filtry analogowe, filtr cyfrowy - porównanie

FIR (ang. Finite Impulse Response)

8

Filtry cyfrowe - implementacja filtru 4 punktowego/odczepowego

(ang. 4-Tap)

9

Filtry cyfrowe - odpowiedź na skok jednostkowy filtru 4

punktowego

10

Filtry cyfrowe - odpowiedź na zaszumiony impuls prostokątny

(a), (b) uśrednianie 11 punktowe, (c) 51 punktowe

11

Filtry cyfrowe - przykładowe charakterystyki częstotliwościowe

filtrów cyfrowych

12

Filtry cyfrowe - użycie bufora cyklicznego

13

Filtry cyfrowe - algorytm filtru 4 punktowego

1. pobierz próbkę z przetwornika A/C (przerwania)

2. umieść próbkę w buforze cyklicznym

3. uaktualnij wskaźnik bufora cyklicznego próbek

4. wyzeruj akumulator

5. pętla sprzętowa (jeden cykl zegara) (ang. Zero Overhead Looping)

(a) pobierz h() z bufora cyklicznego współczynników

(b) uaktualnij wskaźnik bufora cyklicznego współczynników h()

(c) pobierz próbkę x() z bufora cyklicznego próbek

(d) uaktualnij wskaźnik bufora cyklicznego próbek

(e) pomnóż współczynnik h() przez próbkę x()

(f) wynik h()×x() dodaj do akumulatora

(g) idź do punktu 6 jeśli wykonane zostały 4 kroki, w przeciwnym wypadku do punktu (a)

6. umieść przetworzoną próbkę (akumulator) w rejestrze wejściowym przetwornika C/A

7. idź do punktu 1

14

Filtry cyfrowe - program filtru 4 punktowego

;MX0, MY0 - pierwsza dana x() (pamięć danych)

;i pierwszy współczynnik h() (pamięć programu)

;DM - Data Memory, PM - Program Memory, I0, I4 - wskaźniki buforów cyklicznych

fir: MR=0, MX0=DM(I0,M1), MY0=PM(I4,M5);

;CNTR - licznik sprzętowy

CNTR = N-1;

;CE - C ounter Expired

DO convolution UNTIL CE;

;SS - pierwszy i drugi operand są liczbami ze znakiem

;RND - zaokrąglij rezultat

convolution: MR=MR+MX0*MY0(SS), MX0=DM(I0,M1), MY0=PM(I4,M5);

MR=MR+MX0*MY0(RND);

;MV - (ang. MAC Overflow), bit ustawiony w przypadku przepełnienia

;32 najmłodszych bitów MR, MR jest rejestrem 40 bitowym

IF MV SAT MR;

;RTS - (ang. Return from Subroutine)

RTS;

15

Procesor sygnałowy rodziny ADSP-21XX - architektura jądra

procesora

16

Procesor sygnałowy rodziny ADSP-21XX - architektura jądra

procesora

§ magistrale

+ PMA - Program Memory Address,

+ DMA - Data Memory Address,

+ PMD - Program Memory Data,

+ DMD - Data Memory Data

§ jednostki obliczeniowe

+ ALU - Arithmetic Logic Unit

3 operacje arytmetyczne i logiczne

+ MAC - Multiply Accumulator

3 jedno cyklowe instrukcje mnożenia, mnożenia z dodawaniem, mnożenia z odejmowaniem

3 40 bitowy acumulator z zabezpieczeniem na przepełnienie

+ Shifter - rejestr przesuwny

3 normalizacja (konwersja liczb stałoprzecinkowych na zmiennoprzecinkowe)

3 denormalizacja

3 przesunięcia arytmetyczne i logiczne

17

Procesor sygnałowy rodziny ADSP-21XX - architektura jądra

procesora

§ DAG - generator adresu danych (ang. Data Address Generator)

+ sprzętowe adresowanie modulo

+ jednoczesne zarządzanie czterema wskaźnikami na każdy DAG

+ sprzętowa implementacja bufora cyklicznego

+ możliwość pobrania dwóch operandów jednocześnie

§ Program Sequencer - układ sekwencjonowania programu

+ generowanie adresu kolejnych instrukcji

+ stos sprzętowy

+ obsługa przerwań

+ jednocyklowa obsługa instrukcji rozgałęziających (218x)

18

Procesor sygnałowy rodziny ADSP-218X - architektura procesora

19

Procesor sygnałowy rodziny ADSP-2116X (SIMD) - architektura

jądra procesora

20

Procesor sygnałowy rodziny ADSP-21XX - peryferia

(podłączenie przetwornika A/C)

21

Procesor sygnałowy rodziny ADSP-21XX - peryferia

(podłączenie przetwornika C/A)

22

Procesor sygnałowy rodziny ADSP-21XX - peryferia (odczyt

pamięci)

23

Procesor sygnałowy rodziny ADSP-21XX - peryferia (zapis

pamięci)

24

Procesor sygnałowy rodziny ADSP-2189X - podłączenie pamięci

zewnętrznej

25