Модуль 0 Введение Цифровой сигнальный контроллер TMS 320

Модуль 0: Введение Цифровой сигнальный контроллер TMS 320 F 2812 Texas Instruments Incorporated 1 -1

Что такое цифровой сигнальный контроллер ? 1. Микропроцессор: – Центральное устройство большинства компьютерных систем – Две основные архитектуры: » Архитектура Фон-Неймана » Гарвардская архитектура – Архитектура Фон-Неймана: » Совмещенное пространство программ и данных » Единая шина доступа к памяти » Пример: Intel‘s x 86 семейство процессоров Pentium – «Гарвардская» архитектура: » Два независимых пространства программ и данных » Независимые шины для доступа к памяти программ и данным – Для работы с микропроцессорами необходимы дополнительные устройства 1 -2

История (1984): Микропроцессор Intel 80 x 86 Адресный модуль Модуль шин - Менеджер памяти - Логические/физические адреса - Управление шинами - Интерфейсные шины адреса & данных - Очередь команд Операционный модуль Управление/ статус Модуль инструкций - ЦП - АЛУ - Регистры Адрес - Декодер инструкций - Очередь операций Данные 1 -3

Ваш настольный компьютер является. . . 2. Микрокомпьютером – – Микрокомпьютер = Микропроцессор + Память + Периферия Пример: ваш настольный компьютер Память данных Память программ Шина памяти Тактовый генератор Микропроцессор Таймер / счетчик Периферийная шина Цифровой вывод Цифровой ввод Аналоговый вывод 1 -4

Периферия компьютера • Периферия включает: – – – – Линии цифрового ввода / вывода Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) Модуль таймера / счетчик Выходные линии широтно-импульсного модулятора (ШИМ) Входные цифровые линии захвата Сетевые интерфейсные модули: » Последовательный коммуникационный интерфейс (SCI) UART » Последовательный периферийный интерфейс (SPI) » Шина интерфейсных интегральных схем (I 2 C) » Шина CAN (CAN) » Шина внутренних межсоединений (LIN) » Шина USB (USB) » Локальная / глобальная сеть (LAN, WAN) – Устройства графического вывода – И много другое … 1 -5

Система на кристалле 3. Микроконтроллер – Не более, чем микрокомпьютер на кристалле! – Вся вычислительная мощь и каналы ввода/вывода, которые потребуются при проектировании систем управления реального времени «на кристалле» . – Обеспечит низкую стоимость и высокую производительность для встраиваемых приложений управления – Основа большинства современных решений – Свыше 200 разнообразных семейств микроконтроллеров – Архитектуры «Фон-Неймана» и «Гарвардская» лежат в основе микроконтроллеров 1 -6

Цифровой сигнальный процессор 4. Процессоры цифровой обработки сигналов (DSP) – Подобны микропроцессорам, например ядро вычислительной системы – Содержат аппаратные модули для ускорения процесса вычисления сложных математических операций: » Дополнительный аппаратный умножитель » Дополнительное арифметическое устройство » Дополнительные системные шины параллельного доступа » Дополнительный аппаратный сдвигатель для масштабирования и/или умножения/деления на 2 n 1 -7

Типовые алгоритмы DSP? • Сумма произведений (SOP) – основной элемент большинства DSP алгоритмов: Алгоритмы • Фильтр с конечной импульсной характеристикой • Фильтр с бесконечной импульсной характеристикой • Свертка • Дискретное преобразование Фурье • Дискретное косинусное преобразование 1 -8

Реализовать SOP на микроконтроллере • • Задача : воспользоваться ПЭВМ и программой, реализующей уравнение на языке C, например для Microsoft Visual Studio. Net Текст С программы #include приведен ниже: int data[4]={1, 2, 3, 4}; int coeff[4]={8, 6, 4, 2}; int main(void) { int i; int result =0; for (i=0; i<4; i++) result += data[i]*coeff[i]; printf("%i", result); return 0; } 1 -9

6 основных операций для SOP • Как будет проходить исполнение на Pentium? 1. Установление указателя Pointer 1 на data[0] 2. Установление второго указателя Pointer 2 на coeff[0] 3. 4. 5. 6. 7. 8. Чтение data[i] в ядро Чтение coeff[i] в ядро Умножение data[i]*coeff[i] Сложение предыдущего умножения с последующим Модификация Pointer 1 Модификация Pointer 2 9. Инкремент ‘i'; 10. Если i<3 , тогда вернуться на шаг 3 и продолжить • Шаги с 3 по 8 называются “ 6 основных операций DSP” • DSP может выполнить все 6 шагов за один машинный цикл! 1 - 10

Программа SOP для микроконтроллера Адрес 10: Мнемоника for (i=0; i<4; i++) Ассемблерные инструкции 00411960 00411967 00411969 0041196 C 0041196 F 00411972 00411976 11: C 7 45 FC 00 00 EB 09 8 B 45 FC 83 C 0 01 89 45 FC 83 7 D FC 04 7 D 1 F result += data[i]*coeff[i]; mov dword ptr [i], 0 jmp main+22 h (411972 h) mov eax, dword ptr [i] add eax, 1 mov dword ptr [i], eax cmp dword ptr [i], 4 jge main+47 h (411997 h) 00411978 0041197 B 0041197 E 0411985 0041198 D 00411990 00411992 00411995 8 B 45 FC 8 B 4 D FC 8 B 14 85 40 5 B 42 00 0 F AF 14 8 D 50 5 B 42 00 8 B 45 F 8 03 C 2 89 45 F 8 EB D 2 mov eax, dword ptr [i] mov ecx, dword ptr [i] mov edx, dword ptr[eax*4+425 B 40 h] imul edx, dword ptr[ecx*4+425 B 50 h] mov eax, dword ptr [result] add eax, edx mov dword ptr [result], eax jmp main+19 h (411969 h) 1 - 11

Реализовать SOP на DSP • Задача : воспользоваться ПЭВМ и программой, реализующей уравнение на языке C, например Code Composer Studio для DSP Texas Instruments • Программа на C таже: int data[4]={1, 2, 3, 4}; int coeff[4]={8, 6, 4, 2}; int main(void) { int i; int result =0; for (i=0; i<4; i++) result += data[i]*coeff[i]; printf("%i", result); return 0; } 1 - 12

DSP-трансляция в машинный код Адрес Мнемоника Ассемблерные инструкции 0 x 8000 0 x 8001 0 x 8003 0 x 8005 0 x 8006 0 x 8007 0 x 8009 0 x 800 A 0 x 800 B FF 69 SPM 0 8 D 04 0000 R MOVL XAR 1, #data 76 C 0 0000 R MOVL XAR 7, #coeff 5633 ZAPA F 601 RPT #1 564 B 8781 || DMAC ACC: P, *XAR 1++, *XAR 7++ 10 AC ADDL ACC, P<

Цифровые сигнальные контроллеры (DSC) 5. Цифровые сигнальные контроллеры (DSC) – напомним: Микроконтроллер – это однокристальный микрокомпьютер с микропроцессором в качестве ядра. – Теперь: цифровой сигнальный контроллер (DSC) - это однокристальный микрокомпьютер с цифровым сигнальным процессором в качестве ядра. – Объединяя вычислительную мощь DSP с памятью и периферией в одно устройство - получим наиболее эффективное решение для встраиваемых систем управления реального времени, где требуются решать сложные математические задачи. – DSC –пример: Texas Instruments семейство C 2000. 1 - 14

Части рынка DSP на 2003 19% 10% 48% 10% Texas Instruments Agere Systems Motorola 13% Analog Device Other Общий доход: 6, 130 Миллиона долларов США 1 - 15

Texas Instruments DSP/DSC – Обзор Семейство TMS 320 C 6000 C 5000 C 2000 Эффективная интеграция для управления DSC Высокая производительность Эффективное Эффективность ‘C’ DSP Энергопотребление DSP 1 - 16

Семейство TMS 320 Texas Instruments Разнообразные семейства и виды процессоров существуют для различных сегментов рынка C 2000 C 5000 C 6000 Низкая стоимость Системы управления: Управление двигателями Цифровые системы управления Эффективность Лучшее соотношение MIPS к Ваттам / Размеру Беспроводные телефоны , модемы и Vo. IP Интернет радио проигрыватели Цифровые фото камеры Производительность Беспроводные базовые станции DSL - модемы Обработка изображений и видео сигналов Мультимедийные серверы 1 - 17

Характеристика управляемости План развития TMS 320 C 2000™ DSC Управление с высокой точностью 150 MIPS! F 2812 150 MIPS F 2811 R 2812 150 MIPS F 2810 150 MIPS R 2811 150 MIPS Многофункциональность, применение для общего управление 24 x. TM до 40 MIPS Мощные представители C 281 x 150 MIPS Специальное применение F 280 x 100 MIPS C 2801 x 60 MIPS Оптимальны по затратам 1 - 18

Области применения С 2000 Волоконно-оптические сети Управление лазерным диодом Цифровые системы энергоснабжения Принтеры Управление, обнаружение , PFC и другие функции Управление головкой принтера Управление двигателем подачи бумаги Оценка других сегментов рынка Нетрадиционное управление двигателемl Таких как музыкальные инструменты Много новых интересных применений Автомобильная промышленность 1 - 19

GPIO Mc. BSP I 2 C CAN SCI SPI EMIF ADC QEP CAP PWM OTP ОЗУ ПЗУ Flash MIPS TI C 2000: для встраиваемых приложений 1 - 20