Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++

Вальпа Олег Дмитриевич

Жанр: Компьютерное «железо»  Компьютеры и Интернет  Справочники  Справочная литература    2007 год   Автор: Вальпа Олег Дмитриевич   
Закладки
Размер шрифта
A   A+   A++
Cкачать
Читать
Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++ ( Вальпа Олег Дмитриевич)

Предисловие

В настоящее время цифровые сигнальные процессоры, или сокращенно DSP (Digital Signal Processor), приобрели большую популярность в мире и даже признаны отдельной областью науки и техники.

Эта книга является практическим руководством по самостоятельному изучению и применению на практике одного из цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices. Она включает в себя подробное описание процессора, схемы для его практического применения и технологию программирования.

Книга написана простым языком и позволяет очень быстро освоить сигнальный процессор и применить его на практике в собственных разработках, включает в себя разработанные автором книги практические схемы с применением сигнального процессора, исходные тексты программ и схемы вспомогательных устройств, полезных при отладке программ для процессора.

Состоит из четырех частей: часть I посвящена схемотехнике сигнальных процессоров; в части II рассмотрено программирование устройств; далее в части III описаны вычислительные и аппаратные устройства; в части IV представлены установка, запуск, работа, спектральный анализ сигнала, а также программирование на СИ в среде разработки Visual DSP++.

На прилагаемом электронном диске находятся исходные тексты и исполняемые файлы программ из книги, а также некоторые полезные утилиты и средства разработки программного обеспечения для сигнальных процессоров.

Изучив материалы этой книги, читатель получит фундаментальные знания, с помощью которых легко освоит другие типы сигнальных процессоров.

Книга будет полезна как начинающим разработчикам, так и специалистам в области разработки цифровой электронной аппаратуры. Кроме того, она будет полезна студентам технических вузов, инженерам и программистам.

Автор

Часть I. Схемотехника

В этой части книги освещается история развития различных сигнальных процессоров и дается обзор технических характеристик сигнальных процессоров семейства ADSP-21XX. Кроме того, в ней приводится практическая схема применения процессора ADSP-2181, описываются его архитектура и программно-логическая модель, дается описание системы прерываний процессора.

Глава 1. Обзор

В настоящее время большую популярность приобрели цифровые сигнальные процессоры, или сокращенно DSP (digital signal processor). Эта книга приподнимет завесу таинственности этих компонентов и позволит читателям самостоятельно заняться их освоением и применением в собственных разработках.

Свое название сигнальные процессоры получили в связи с встроенной в них возможностью обработки звуковых и видеосигналов. Это реализовано благодаря высокой скорости работы этих процессоров и заложенной в них специальной системе команд поддерживающей функции цифровой фильтрации и быстрого преобразования Фурье. Ниже перечислены основные отличия сигнальных процессоров от обычных микропроцессоров.

• Наличие аппаратного умножителя.

• Наличие специальных блоков обработки данных.

• Специальная система команд для цифровой обработки сигналов.

• Высокое быстродействие.

• Внутренний умножитель тактовой частоты.

• RISC архитектура.

• Возможность одновременного выполнения нескольких команд.

• Гарвардская архитектура построения процессора.

• Наличие конвейеризации команд и данных.

• Наличие циклических буферов.

• Развитая система внешних интерфейсов.

Некоторые типы данного семейства процессоров имеют также встроенные аналого-цифровой преобразователь АЦП и цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, что позволяет подавать на процессор непосредственно аналоговые сигналы, которые после оцифровки обрабатываются в цифровом виде этим же процессором. Под обработкой понимается, как правило, спектральный анализ сигнала, т.е. определение наличия в этом сигнале определенной частоты заданной амплитуды, фильтрация сигнала от ненужных частот, сравнение сигнала с эталонным сигналом-шаблоном, синтез и генерация речи, сжатие и декомпрессия звуковых и видеосигналов и т.п. В современном мире существует огромное количество подобных задач в самых различных областях человеческой деятельности. Решение этих задач требуется в радиоэлектронике, радиолокации, навигации, связи, медицине, автомобильной промышленности, космонавтике и др. наукоемких областях. Ввиду своей важности, цифровая обработка сигналов в настоящее время признана даже отдельной областью науки и техники. По всему видно, что для этих процессоров открывается большое будущее. Именно поэтому, находясь у истоков развития сигнальных процессоров, важно вовремя познакомиться с ними, чтобы в дальнейшем они не казались нам недоступными и закрытыми.

Проведем небольшой экскурс в историю развития данного семейства процессоров. Первые сигнальные процессоры появились в начале 80-х годов. Одной из первых компаний начавшей производство этих процессоров, была японская корпорация NEC, выпустившая однокристальный сигнальный процессор MPD7720. Однако этот процессор не получил широкого распространения, поскольку в 1982 г. на смену ему пришел более производительный и развитый процессор TMS32010, выпущенный фирмой Texas Instruments. Благодаря удачной архитектуре и ряду технических решений он стал стандартом де-факто для сигнальных процессоров. Ниже приведены основные технические характеристики данного процессора.

Разрядность данных 16 бит

Производительность 5 млн. операций в секунду

Объем оперативной памяти 256 слов

Объем памяти программ 4 К слов

Объем подключаемой внешней памяти 4 К слов

Разрядность арифметико-логического устройства 32 бит

Разрядность умножителя 6×16 бит с 32-битным результатом

Разрядность портов ввода-вывода 16 бит

Количество портов ввода-вывода 8

Пропускная способность внешней шины 50 Мбит

Освоение новых микронных технологий и, как следствие, повышение степени интеграции микросхем позволили значительно улучшить характеристики процессоров. И уже в середине 1980-х годов появились сигнальные процессоры второго поколения. К ним можно отнести процессоры все той же фирмы Texas Instruments TMS320C25 и TMS320C5X. Эти процессоры более скоростные и имеют больший объем памяти. Кроме того, у них появилась развитая система обработки прерываний и энергосберегающие режимы работы. В некоторых моделях процессоров снижено напряжение питания. Появились теневые регистры для автоматического сохранения результатов работы в случае возникновения аппаратного или программного прерывания программы. В состав архитектуры процессора добавились таймеры и последовательные синхронные порты с развитой конфигурацией настройки.

В свою очередь, фирма Motorola выпустила сигнальные процессоры семейства DSP56000, которые имеют разрядность 24 бита, двойную внутреннюю шину данных X и Y, удобную при операциях с комплексными числами, и обладают высокой степенью конвейеризации и параллелизма. Эти свойства делают данные процессоры еще более производительными и удобными для цифровой обработки сигналов.

Еще один производитель в лице фирмы AT&T Microelectronics выпускает сигнальные процессоры серии DSP16, которые отличаются наличием кэш-памяти и встроенного высокоскоростного, до 30 Мбайт, параллельного порта.

Фирма Analog Devices вышла на рынок сигнальных процессоров со своей серией ADSP-21XX, которые конкурируют с выше рассмотренными моделями по некоторым техническим параметрам, а кроме того, по цене. Например, процессор ADSP-21msp50 имеет встроенные АЦП и ЦАП и в то же время его стоимость составляет несколько долларов.

На этом развитие сигнальных процессоров не остановилось, и уже в конце 1980-х годов на рынке появились процессоры третьего поколения от перечисленных выше фирм. Отличительной особенностью этого поколения стало появление двоичной плавающей арифметики, увеличение разрядности шины данных, емкости памяти и программ. К этому числу процессоров можно отнести TMS320C30 фирмы Texas Instruments, DSP96002 фирмы Motorola, DSP32C фирмы AT&T Microelectronics и ADSP21020 фирмы Analog Devices.

Алфавит

Предложения

Copyrights and trademarks for the book, and other promotional materials are the property of their respective owners. Use of these materials are allowed under the fair use clause of the Copyright Law.