Zpracování digitálního signálu (DSP) je rozvíjející se obor, který zahrnuje mnoho oborů a je široce používán v mnoha oblastech. Od 1960. let XNUMX. století s rychlým rozvojem výpočetní a informační technologie se objevila a rychle rozvinula technologie zpracování digitálního signálu. V posledních dvou desetiletích bylo digitální zpracování signálu široce používáno v komunikacích a dalších oblastech.
Digitální zpracování signálu je použití počítačů nebo speciálních zařízení pro zpracování ke sběru, transformaci, filtrování, odhadování, vylepšování, komprimaci a identifikaci signálů v digitální podobě za účelem získání formy signálu, která odpovídá potřebám lidí. Digitální zpracování signálu se vyvíjí kolem teorie, implementace a aplikace digitálního zpracování signálu. Teoretický vývoj digitálního zpracování signálu podpořil vývoj aplikací pro digitální zpracování signálu. Naopak aplikace digitálního zpracování signálu podpořila zlepšení teorie digitálního zpracování signálu. Realizace digitálního zpracování signálu je mostem mezi teorií a aplikací
Digitální zpracování signálu je založeno na mnoha oborech a jeho rozsah je extrémně široký. Například v oblasti matematiky jsou kalkul, pravděpodobnost a statistika, stochastické procesy a numerická analýza všechny základní nástroje pro digitální zpracování signálu a úzce souvisí s teorií sítí, signálem a systémem, kybernetikou, teorií komunikace a diagnostikou poruch . Některé nově vznikající disciplíny, jako je umělá inteligence, rozpoznávání vzorů, neuronové sítě atd., Jsou neoddělitelné od digitálního zpracování signálu. Dá se říci, že zpracování digitálního signálu bere jako svůj teoretický základ mnoho klasických teoretických systémů a zároveň se stává teoretickým základem řady nově vznikajících oborů.
Metody realizace digitálního zpracování signálu jsou obecně následující:
(1) Realizovat pomocí softwaru (například Fortran, jazyk C) na počítači pro všeobecné účely (například PC);
(2) Přidejte vyhrazený zrychlený procesor do univerzálního počítačového systému;
(3) Je realizován univerzálním jednočipovým mikropočítačem (například MCS-51, série 96 atd.). Tuto metodu lze použít pro některé méně komplikované zpracování digitálního signálu, jako je digitální ovládání atd .;
(4) Realizujte s obecným programovatelným čipem DSP. Ve srovnání s jednočipovými mikropočítači mají čipy DSP softwarové a hardwarové zdroje vhodnější pro zpracování digitálního signálu a lze je použít pro složité algoritmy zpracování digitálního signálu;
(5) Realizujte pomocí vyhrazeného čipu DSP. V některých zvláštních případech je požadovaná rychlost zpracování signálu extrémně vysoká, což je obtížné dosáhnout u univerzálních DSP čipů, jako jsou DSP čipy vyhrazené pro FFT, digitální filtrování, konvoluce a související algoritmy. Tento čip integruje odpovídající algoritmy zpracování signálu. Čip je implementován v hardwaru bez programování.
Mezi výše uvedenými metodami je nevýhodou první metody, že je pomalejší a lze ji obecně použít pro simulaci DSP algoritmů; druhá a pátá metoda jsou vysoce specifické a jejich použití je značně omezené. Druhá metoda je také Nevhodná pro nezávislý provoz systému; třetí metoda je vhodná pouze pro implementaci jednoduchých DSP algoritmů; teprve čtvrtá metoda otevírá nové možnosti pro použití digitálního zpracování signálu
Ačkoli se teorie digitálního zpracování signálu rychle rozvinula, před 1980. léty nebyla teorie digitálního zpracování signálu kvůli omezením implementačních metod široce používána. Teprve při narození prvního jednočipového programovatelného čipu DSP na světě na konci 1970. a na začátku 1980. let byly teoretické výsledky výzkumu široce aplikovány na levné praktické systémy a podporovaly vývoj nových teorií a aplikačních oblastí. Není přehnané říci, že zrození a vývoj DSP čipů hrálo v posledních 20 letech velmi důležitou roli v technologickém vývoji komunikací, počítačů, řízení a dalších oborů.
V systému DSP může mít vstupní signál různé formy. Může to být například hlasový signál vydávaný mikrofonem nebo modulovaný datový signál z telefonní linky nebo obrazový signál kamery, který je kódován a přenášen na digitální lince nebo uložen v počítači.
Vstupní signál je nejprve podroben filtrování a vzorkování s omezeným pásmem a poté je provedena A / D (analogová na digitální) konverze pro převod signálu na digitální bitový proud. Podle Nyquistovy vzorkovací věty, aby se zajistilo, že se informace neztratí, musí být vzorkovací frekvence alespoň dvakrát vyšší než nejvyšší frekvence signálu omezeného vstupním pásmem.
Vstupem DSP čipu je digitální signál vyjádřený ve vzorkovací formě získaný po A / D převodu. Čip DSP provádí určitou formu zpracování na vstupním digitálním signálu, jako je řada operací násobení a akumulace (MAC). Digitální zpracování je klíčem k DSP, který se velmi liší od ostatních systémů (například telefonních spínacích systémů). V přepínacím systému je úlohou procesoru provést výběr směrování a nemění vstupní data. Ačkoli jsou oba systémy v reálném čase, jejich omezení v reálném čase jsou zcela odlišná. Nakonec se zpracované digitální vzorky převádějí na analogové vzorky převodem D / A (Digital toAnalog) a poté se provádí interpolace a vyhlazovací filtrování za účelem získání spojitých analogových průběhů.
Je třeba zdůraznit, že výše uvedený model systému DSP je typickým modelem, ale ne všechny systémy DSP musí mít všechny součásti modelu. Například systém rozpoznávání hlasu není spojitý průběh na výstupu, ale výsledek rozpoznávání, jako jsou čísla, text atd .; některé vstupní signály jsou digitální signály (například CD Compact Disk), takže není třeba provádět analogově-digitální převod.
Systém digitálního zpracování signálu je založen na digitálním zpracování signálu, má tedy všechny výhody digitálního zpracování:
(1) Pohodlné rozhraní. Systémy DSP jsou kompatibilní s jinými systémy nebo zařízeními založenými na moderní digitální technologii. Je mnohem snazší rozhraní s takovými systémy implementovat určité funkce než s analogovými systémy pro propojení s těmito systémy;
(2) Snadné programování. Programovatelný DSP čip v systému DSP umožňuje návrhářům flexibilně a pohodlně upravovat a upgradovat software během procesu vývoje;
(3) Dobrá stabilita. Systém DSP je založen na digitálním zpracování, je méně ovlivňován okolní teplotou a hlukem a má vysokou spolehlivost;
(4) Vysoká přesnost. 16bitový digitální systém může dosáhnout přesnosti 10 ^ (- 5);
(5) Dobrá opakovatelnost. Výkon analogového systému je výrazně ovlivněn změnami výkonu parametrů komponent, zatímco digitální systém v zásadě není ovlivněn, takže digitální systém je vhodný pro testování, ladění a hromadnou výrobu;
(6) Pohodlná integrace. Digitální komponenty v systému DSP jsou vysoce standardizované, což usnadňuje rozsáhlou integraci.
Digitální zpracování signálu má samozřejmě také určité nedostatky. Například pro jednoduché úlohy zpracování signálu, jako je telefonní rozhraní s analogovou přepínací linkou, použití DSP zvýší náklady. Vysokorychlostní hodiny v systému DSP mohou způsobit problémy, jako je vysokofrekvenční rušení a elektromagnetické úniky, a systém DSP spotřebovává velké množství energie. Technologie D SP se navíc rychle aktualizuje, vyžaduje mnoho matematických znalostí a vývojové a ladicí nástroje nejsou dokonalé.
Ačkoli má DSP systém určité nedostatky, díky jeho vynikajícím výhodám je stále více používán v mnoha oblastech, jako je komunikace, hlas, obraz, radar, biomedicína, průmyslové řízení a přístrojové vybavení.
Obecně neexistuje žádná velmi dobrá formální návrhová metoda pro návrh systémů DSP.
Před návrhem systému DSP musíte nejprve určit ukazatele výkonu systému a požadavky na zpracování signálu podle cílů aplikačního systému, které lze obvykle popsat pomocí diagramů toku dat, matematických provozních sekvencí, formálních symbolů nebo přirozeného jazyka.
Druhým krokem je simulace jazyka vysoké úrovně podle požadavků systému. Obecně lze říci, že k dosažení konečného cíle systému je třeba řádně zpracovat vstupní signál a různé metody zpracování povedou k odlišnému výkonu systému. Chcete-li dosáhnout nejlepšího výkonu systému, musíte v tomto kroku určit nejlepší. Metoda zpracování je algoritmus digitálního zpracování signálu (Algorithm), takže tento krok se také nazývá fáze simulace algoritmu. Například algoritmem kódování komprese řeči je získat nejlepší syntetizovanou řeč pod určitým kompresním poměrem. Vstupní data použitá pro simulaci algoritmů se získávají sběrem skutečných signálů a obvykle se ukládají jako datový soubor ve formě počítačového souboru. Například hlasový signál použitý při simulaci algoritmu kódování komprese hlasu je ve skutečnosti shromažďován a ukládán jako soubor hlasových dat ve formě počítačového souboru. Vstupní data použitá v některých simulacích algoritmů nemusí nutně být skutečnými shromážděnými daty signálu. Dokud lze ověřit proveditelnost algoritmu, je také možné zadat hypotetická data.
Po dokončení druhého kroku je dalším krokem návrh systému DSP v reálném čase. Návrh systému DSP v reálném čase zahrnuje návrh hardwaru a designu softwaru. Návrh hardwaru musí nejprve vybrat vhodný čip DSP podle velikosti výpočtů systému, požadavků na přesnost výpočtu, omezení nákladů na systém a požadavků na objem a spotřebu energie. Poté navrhněte periferní obvod a další obvody čipu DSP. Návrh a programování softwaru je založeno hlavně na systémových požadavcích a vybraném čipu DSP pro zápis odpovídajícího montážního programu DSP. Pokud má systém malé množství výpočtu a je podporován překladačem jazyků na vysoké úrovni, lze jej také naprogramovat v jazyce na vysoké úrovni (například v jazyce C). Vzhledem k tomu, že účinnost stávajících překladačů jazyků na vysoké úrovni není tak efektivní jako u ručního psaní montážního jazyka, ve skutečných aplikačních systémech se často používá smíšená programovací metoda jazyka na vysoké úrovni a montážního jazyka. Metoda psaní je psát montážní jazyk, zatímco jazyk na vysoké úrovni se používá tam, kde množství výpočtu není velké. Pomocí této metody lze nejen zkrátit vývojový cyklus softwaru, zlepšit čitelnost a přenositelnost programu, ale také splnit požadavky na provoz systému v reálném čase.
Po dokončení návrhu hardwaru a softwaru DSP je nutné ladit hardware a software. Ladění softwaru se obecně uchyluje k vývojovým nástrojům DSP, jako jsou softwarové simulátory, vývojové systémy DSP nebo emulátory. Při ladění DSP algoritmů se obecně používá metoda porovnání výsledků v reálném čase a výsledků simulace. Pokud je vstup programu v reálném čase a simulačního programu stejný, měl by být výstup těchto dvou stejný. Další software aplikačního systému lze ladit podle aktuální situace. Ladění hardwaru obecně používá k ladění hardwarový emulátor. Pokud neexistuje odpovídající hardwarový emulátor a hardwarový systém není příliš komplikovaný, lze jej také ladit pomocí obecných nástrojů.
Po samostatném odladění softwaru a hardwaru systému lze software oddělit od vývojového systému a spustit přímo v aplikačním systému. Vývoj systému DSP, zejména vývoj softwaru, je samozřejmě proces, který je třeba opakovat. Ačkoli výkon systému v reálném čase lze v zásadě znát pomocí simulace algoritmu, ve skutečnosti nemůže být simulační prostředí zcela v souladu s prostředím systému v reálném čase. Při migraci simulačního algoritmu do systému v reálném čase je nutné zvážit, zda může algoritmus běžet v reálném čase. Pokud je výpočetní složitost algoritmu příliš velká na to, aby se spustil na hardwaru v reálném čase, musí být algoritmus revidován nebo zjednodušen.
DSP čip, také známý jako procesor digitálního signálu, je mikroprocesor zvláště vhodný pro operace zpracování digitálního signálu. Jeho hlavní aplikací je realizovat různé algoritmy zpracování digitálního signálu v reálném čase a rychle. Podle požadavků digitálního zpracování signálu mají čipy DSP obecně následující hlavní vlastnosti:
(1) V jednom cyklu výuky lze dokončit jednu násobení a jedno přidání;
(2) Program a datový prostor jsou oddělené a k instrukcím a datům lze přistupovat současně;
(3) Na čipu je rychlá paměť RAM, ke které lze obvykle přistupovat současně ve dvou blocích prostřednictvím nezávislých datových sběrnic;
(4) Hardwarová podpora s nízkou režií nebo bez režijní smyčky a skokem;
(5) Rychlé přerušení zpracování a podpora hardwarových I / O;
(6) Více generátorů hardwarových adres, které pracují v jednom cyklu;
(7) Více operací lze provádět paralelně;
(8) Podpora provozu kanálu, takže operace jako načítání, dekódování a provádění lze provádět překrývající se.
Samozřejmě ve srovnání s univerzálními mikroprocesory jsou ostatní univerzální funkce DSP čipů relativně slabé.
Vývoj DSP čipů
Prvním jednočipovým DSP čipem na světě by měl být S2811 vydaný společností AMI v roce 1978. Komerční programovatelné zařízení 2920 vydané společností Intel v roce 1979 bylo významným milníkem pro DSP čipy. Ani jeden čip nemá multiplikátor s jedním cyklem nezbytný pro moderní DSP čipy. V roce 1980 byl μP D7720 představený japonskou NEC Corporation prvním komerčním DSP čipem s multiplikátorem.
Poté byla nejúspěšnější DSP čipy řada produktů od společnosti Texas Instruments (TI). Společnost TI v roce 32010 úspěšně uvedla na trh svůj první generaci DSP čipu TMS32011 a jeho řady produktů TMS320, TMS10C14 / C15 / C16 / C17 / C1982 a poté postupně představila DSP čip druhé generace TMS32020, TMS320C25 / C26 / C28 a třetí generaci Čip DSP TMS320C30 / C31 / C32, čip DSP čtvrté generace TMS320C40 / C44, čip DSP páté generace TMS320C5X / C54X, vylepšený čip DSP druhé generace TMS320C2XX, vysoce výkonný čip DSP TMS320C8X integrující více čipů DSP A aktuálně nejrychlejší čip DSP šesté generace TMS320C62 / C67X atd. TI shrnuje běžně používané DSP čipy do tří řad, a to: řada TMS320C2000 (včetně TMS320C2X / C2XX), řada TMS320C5000 (včetně TMS320C5X / C54X / C55X) a řada TMS320C6000 (TMS320C62X / C67X). Dnes se řada DSP produktů TI stala nejvlivnějšími DSP čipy v dnešním světě. TI se také stala největším světovým dodavatelem čipů DSP a její podíl na trhu DSP představuje téměř 50% světového podílu.
První, kdo používal technologii CMOS k výrobě DSP čipů s plovoucí desetinnou čárkou, byla japonská společnost Hitachi, která zavedla DSP čipy s plovoucí desetinnou čárkou v roce 1982. V roce 1983 měl MB8764 zahájený japonskou společností Fujitsu výukový cyklus 120ns a měl duální interní sběrnice , což znamenalo velký skok v propustnosti zpracování. Prvním vysoce výkonným DSP čipem s plovoucí desetinnou čárkou by měl být DSP32 spuštěný společností AT&T v roce 1984.
Ve srovnání s jinými společnostmi je společnost Motorola se spuštěním čipů DSP relativně pozdě. V roce 1986 společnost představila procesor s pevným bodem MC56001. V roce 1990 představila DSP čip s plovoucí desetinnou čárkou MC96002 kompatibilní s formátem IEEE s plovoucí desetinnou čárkou.
Americká analogová zařízení (zkráceně Analog Devices, zkráceně AD) rovněž zaujímají určitý podíl na trhu čipů DSP a postupně představila řadu čipů DSP s vlastními vlastnostmi. Mezi jeho DSP čipy s pevným bodem patří ADSP2101 / 2103/2105, ASDP2111 / 2115, ADSP2161 / 2162/2164 a ADSP2171 / 2181, DSP čipy s plovoucí desetinnou čárkou zahrnují ADSP21000 / 21020, ADSP21060 / 21062 atd. Od roku 1980 jsou DSP čipy vyvinuté mílovými kroky a čipy DSP jsou stále více a více používány. Z hlediska výpočetní rychlosti byl čas MAC (jeden násobení a jeden přídavek) snížen ze 400 ns (například TMS32010) na začátku 1980. let na méně než 10 ns (jako TMS320C54X, TMS320C62X / 67X atd.) A kapacita zpracování byla několikrát zvýšena. Klíčové multiplikátorové komponenty uvnitř DSP čipu klesly z přibližně 40% diearea v roce 1980 na méně než 5% a množství RAM na čipu se zvýšilo o více než řádově. Pokud jde o výrobní proces, v roce 4 byly přijaty 1980 μm
Proces N-kanálu MOS (NMOS) je obecně přijímán, ale nyní se obecně používá sub-mikronový (Micron) proces CMOS. Počet pinů DSP čipu se zvýšil z maxima 64 v roce 1980 na nyní více než 200. Zvýšení počtu pinů znamená zvýšení strukturální flexibility, jako je rozšíření externí paměti a komunikace mezi procesory. Kromě toho vývoj DSP čipů výrazně snížil náklady, objem, hmotnost a spotřebu energie DSP systémů. Tabulka 1.1 je srovnávací tabulka DSP čipů TI v letech 1982, 1992 a 1999. Tabulka 1.2 obsahuje některá data reprezentativních čipů od hlavních dodavatelů DSP čipů na světě.
DSP čipy lze klasifikovat následujícími třemi způsoby.
1. Podle základních charakteristik
Toto je klasifikováno podle pracovních hodin a typu instrukce DSP čipu. Pokud při jakékoli hodinové frekvenci v určitém hodinovém frekvenčním rozsahu může čip DSP fungovat normálně, kromě změny rychlosti výpočtu nedochází ke snížení výkonu. Tento typ DSP čipu se obecně nazývá statický DSP čip. Do této kategorie patří například čip DSP japonské OKI Electric Company, čip řady TMS320C2XX společnosti TI Company.
Pokud existují dva nebo více DSP čipů, jejich instrukční sady a odpovídající struktury pinů strojového kódu stroje jsou navzájem kompatibilní, pak se tento typ DSP čipu nazývá konzistentní DSP čip. Například do této kategorie spadá TMS320C54X společnosti TI ze Spojených států.
2. Podle formátu dat
Toto je klasifikováno podle formátu pracovních dat čipu DSP. DSP čipy, jejichž data fungují ve formátu s pevným bodem, se nazývají DSP čipy s pevným bodem, jako jsou TI TMS320C1X / C2X, TMS320C2XX / C5X, TMS320C54X / C62XX série, AD's ADSP21XX série, AT & T's DSP16 / 16A a Motolora's MC56000. Čipy DSP s plovoucí desetinnou čárkou, které fungují ve formátu s plovoucí desetinnou čárkou, se nazývají DSP čipy s plovoucí desetinnou čárkou, například TMS320C3X / C4X / C8X od TI, řady ADSP21XXX od AD, DSP32 / 32C od AT&T, MC96002 od Motolora atd.
Formáty s plovoucí desetinnou čárkou používané různými DSP čipy s plovoucí desetinnou čárkou nejsou úplně stejné. Některé čipy DSP používají vlastní formáty s plovoucí desetinnou čárkou, jako je TMS320C3X, zatímco některé čipy DSP používají standardní formáty s plovoucí desetinnou čárkou IEEE, jako je MC96002 od společnosti Motorola, MB86232 společnosti FUJITSU a ZR35325 společnosti ZORAN atd.
3. Podle účelu
Podle účelu DSP jej lze rozdělit na univerzální DSP čip a speciální DSP čip. Univerzální DSP čipy jsou vhodné pro běžné DSP aplikace. Například řada DSP čipů společnosti TI Company jsou univerzální DSP čipy. Vyhrazený čip DSP je navržen pro konkrétní operace DSP a je vhodnější pro speciální operace, jako je digitální filtrování, konvoluce a FFT. Například Motorola DSP56200, Zoran ZR34881, Inmos IMSA100 atd. Patří do vyhrazeného DSP čipu.
Tato kniha pojednává hlavně o univerzálních čipech DSP.
Volba DSP čipu DSP aplikačního systému, volba DSP čipu je velmi důležitým článkem. Pouze když je vybrán čip DSP, mohou být dále navrženy periferní obvody a další obvody systému. Obecně by měl být výběr DSP čipu určen podle skutečných potřeb aplikačního systému. Různé aplikační systémy DSP mají různé možnosti DSP čipů kvůli různým aplikačním příležitostem a aplikačním účelům. Obecně lze při výběru DSP čipu vzít v úvahu následujících mnoho faktorů.
1. Provozní rychlost DSP čipu.
Rychlost provozu je jedním z nejdůležitějších ukazatelů výkonu čipů DSP a je také hlavním faktorem, který je třeba vzít v úvahu při výběru čipů DSP. Výpočtovou rychlost čipů DSP lze měřit pomocí následujících ukazatelů výkonu:
(1) Instrukční cyklus: čas potřebný k provedení instrukce, obvykle v ns (nanosekundách). Například instruktážní cyklus TMS320LC549-80, když je hlavní frekvence 80MHz, je 12.5ns;
(2) MAC čas: čas jednoho násobení plus jednoho přidání. Většina čipů DSP může dokončit operaci násobení a sčítání v jednom instrukčním cyklu. Například MAC čas TMS320LC549-80 je 12.5ns;
(3) FFT execution time: the time required to run a N-point FFT program. Vzhledem k tomu, že operace zapojené do operace FFT jsou velmi reprezentativní v digitálním zpracování signálu, je doba provozu FFT často používána jako indikátor pro měření výpočetního výkonu DSP čipu;
(4) MIPS: To znamená, že jsou prováděny miliony instrukcí za sekundu. Například kapacita zpracování TMS320LC549-80 je 80 MIPS, to znamená, že lze provést 80 milionů instrukcí za sekundu;
(5) MOPS: To znamená, že za sekundu jsou prováděny miliony operací. Například výpočetní výkon TMS320C40 je 275 MOPS;
(6) MFLOPS: To znamená, že za sekundu jsou prováděny miliony operací s plovoucí desetinnou čárkou. Například kapacita zpracování TMS320C31, když je hlavní frekvence 40 MHz, je 40 MFLOPS;
(7) BOPS: To znamená, že se provádí jedna miliarda operací za sekundu. Například kapacita zpracování TMS320C80 je 2 BOPS.
2. Cena DSP čipů.
Cena DSP čipu je také důležitým faktorem, který je třeba vzít v úvahu při výběru DSP čipu. Pokud se použije drahý čip DSP, i když je jeho výkon vysoký, jeho rozsah použití bude určitě omezen, zejména u civilních produktů. Proto je podle aktuální systémové aplikace třeba určit dostupný DSP čip. Samozřejmě kvůli rychlému vývoji DSP čipů má cena DSP čipů tendenci relativně rychle klesat. Ve fázi vývoje je proto vybrán o něco dražší DSP čip. Když bude systém vyvinut, jeho cena mohla klesnout o polovinu nebo více.
3. Hardwarové prostředky čipu DSP.
Hardwarové prostředky poskytované různými DSP čipy se liší, například množství RAM a ROM na čipu, externě rozšiřitelný programový a datový prostor, rozhraní sběrnice, I / O rozhraní atd. I když se jedná o stejnou řadu DSP čipů (například řada TI TMS320C54X) mají různé čipy DSP v řadě různé interní hardwarové prostředky a mohou se přizpůsobit různým potřebám.
4. Aritmetická přesnost DSP čipu.
Délka slova obecných DSP čipů s pevným bodem je 16 bitů, jako je řada TMS320. Některé společnosti však mají 24bitové čipy s pevným bodem, například Motorola MC56001. Délka slova čipu s plovoucí desetinnou čárkou je obecně 32 bitů a akumulátor je 40 bitů.
5. Vývojové nástroje pro DSP čipy.
V procesu vývoje systému DSP jsou vývojové nástroje nepostradatelné. Bez podpory vývojových nástrojů je téměř nemožné vyvinout komplexní systém DSP. Pokud existuje podpora výkonných vývojových nástrojů, jako je podpora jazyka C, doba vývoje se výrazně zkrátí. Při výběru čipu DSP je proto třeba věnovat pozornost podpoře jeho vývojových nástrojů, včetně nástrojů pro vývoj softwaru a hardwaru.
6. Spotřeba energie DSP čipu.
V některých aplikacích DSP je spotřeba energie také problém, který vyžaduje zvláštní pozornost. Například přenosná zařízení DSP, ruční zařízení a zařízení DSP pro polní aplikace mají zvláštní požadavky na spotřebu energie. V současné době jsou široce používány nízkoenergetické a vysokorychlostní čipy DSP napájené 3.3 V.
7. ostatní.
Kromě výše uvedených faktorů by měla volba DSP čipu brát v úvahu také formu balení, standardy kvality, dostupnost, životní cyklus atd. Některé DSP čipy mohou mít více forem balení, jako jsou DIP, PGA, PLCC a PQFP. Některé systémy DSP mohou nakonec vyžadovat průmyslové nebo vojenské standardy. Při výběru musíte věnovat pozornost tomu, zda vybraný čip má průmyslový nebo vojenský podobný produkt. Pokud navržený systém DSP není jen experimentálním systémem, ale potřebuje hromadnou výrobu a může mít životní cyklus několik let nebo dokonce více než deset let, musíte zvážit dodávku vybraného čipu DSP a to, zda má stejný nebo dokonce delší životní cyklus atd.
Mezi výše zmíněnými mnoha faktory je obecně řečeno cena DSP čipu s pevným bodem levnější, spotřeba energie je nižší, ale přesnost výpočtu je o něco nižší. Výhodou DSP čipů s plovoucí desetinnou čárkou je vysoká přesnost ovládání a pohodlné programování a ladění v jazyce C, ale jsou o něco dražší a spotřebovávají více energie. Například řada TI TMS320C2XX / C54X jsou DSP čipy s pevným bodem, jejichž hlavními rysy jsou nízká spotřeba energie a nízké náklady. TMS320C3X / C4X / C67X je DSP čip s plovoucí desetinnou čárkou s vysokou aritmetickou přesností, pohodlným programováním v jazyce C a krátkým vývojovým cyklem, ale zároveň je jeho cena a spotřeba energie relativně vysoká.
Výpočetní zatížení aplikačního systému DSP je základem pro určení volby DSP čipu se zpracovatelskou kapacitou. Pokud je velikost výpočtu malá, můžete zvolit čip DSP s menším výkonem zpracování, což může snížit náklady na systém. Naopak systém DSP s velkým množstvím výpočtu musí zvolit čip DSP se silnou schopností zpracování. Pokud schopnost zpracování čipu DSP nemůže splnit systémové požadavky, musí pro paralelní zpracování použít více čipů DSP. Jak tedy určit výši výpočtu systému DSP pro výběr čipu DSP? Zvažme níže dva případy.
1. Zpracování vzorku
Takzvané zpracování vzorového bodu spočívá v tom, že algoritmus DSP se smyčí jednou pro každý vstupní vzorový bod. To je případ digitálního filtrování. V digitálních filtrech je obvykle nutné vypočítat jednou pro každý vstupní vzorkovací bod. Například adaptivní FIR filtr na 256 klepnutí pomocí algoritmu LMS, za předpokladu, že výpočet každého klepnutí vyžaduje 3 cykly MAC, výpočet 256 klepnutí vyžaduje 256 × 3 = 768 MAC cyklů. Pokud je vzorkovací frekvence 8kHz, to znamená, že interval mezi vzorky je 125ms, a MAC cyklus DSP čipu je 200ns, 768 MAC cyklů vyžaduje 153.6ms, což samozřejmě nelze zpracovat v reálném čase, a vyšší rychlost DSP je třeba vybrat čip. Tabulka 1.3 ukazuje požadavky na zpracování dvou šířek pásma signálu na třech čipech DSP. Cykly MAC tří DSP čipů jsou 200 ns, 50 ns a 25 ns. Z tabulky je patrné, že poslední dva DSP čipy lze implementovat v reálném čase pro použití dialogového pásu. U zvukových aplikací může zpracovávat v reálném čase pouze třetí čip DSP. V tomto příkladu samozřejmě nejsou brány v úvahu žádné jiné výpočty.
2. Zpracování podle rámce Některé algoritmy zpracování digitálního signálu neprovádějí smyčku jednou pro každý vstupní vzorek, ale smyčku jednou za určitý časový interval (obvykle nazývaný rámec). Například algoritmus kódování řeči se střední a nízkou rychlostí obvykle trvá 10 ms nebo 20 ms jako rámec a algoritmus kódování řeči se opakuje každých 10 ms nebo 20 ms. Při výběru čipu DSP byste proto měli porovnat kapacitu zpracování čipu DSP v rámci s výpočtovým množstvím algoritmu DSP. Předpokládejme, že instrukční cyklus čipu DSP je p (ns) a čas jednoho snímku je Dt
(Ns), pak maximální částka výpočtu, kterou může čip DSP poskytnout v jednom rámci, je Dt / p instrukce. Například instruktážní cyklus TMS320LC549-80 je 12.5ns, a pokud je délka rámce 20ms, maximální počet operací, které TMS320LC549-80 může poskytnout v jednom rámci, je 1.6 milionu instrukcí. Proto pokud výpočetní část algoritmu kódování řeči nepřesahuje 1.6 milionu instrukcí, může být spuštěna v reálném čase na TMS320LC549-80.
Aplikace DSP čipu
Od narození DSP čipů na konci 1970. a začátku 1980. let se DSP čipy rychle rozvíjely. Rychlý vývoj DSP čipů těží z vývoje technologie integrovaných obvodů na jedné straně a obrovského trhu na straně druhé. V posledních 20 letech byly čipy DSP široce používány v mnoha oblastech, jako je zpracování signálu, komunikace a radar. V současné době je cena čipů DSP stále nižší a nižší a poměr výkonu a ceny se každým dnem zvyšuje, což má obrovský aplikační potenciál. Hlavní aplikace DSP čipů jsou:
(1) Zpracování signálu - jako je digitální filtrování, adaptivní filtrování, rychlá Fourierova transformace, výpočet korelace, analýza spektra, konvoluce, porovnávání vzorů, okna, generování křivek atd .;
(2) Komunikace - jako je modem, adaptivní ekvalizace, šifrování dat, komprese dat, potlačení ozvěny, multiplexování, fax, komunikace s rozprostřeným spektrem, kódování korekce chyb, videotelefon atd .;
(3) Hlas, jako je kódování hlasu, syntéza hlasu, rozpoznávání hlasu, vylepšení hlasu, identifikace reproduktoru, potvrzení reproduktoru, hlasová pošta, hlasová schránka atd .;
(4) Grafika / obrázky - například dvourozměrné a trojrozměrné grafické zpracování, komprese a přenos obrazu, vylepšení obrazu, animace, robotické vidění atd .;
(5) Vojenské - jako důvěrná komunikace, radarové zpracování, zpracování sonarů, navigace, navádění raket atd .;
(6) Přístroje a měřicí přístroje - jako je spektrální analýza, generování funkcí, fázově uzavřená smyčka, seismické zpracování atd .;
(7) Automatické ovládání - například ovládání motoru, hlasové ovládání, automatická jízda, ovládání robota, ovládání disku atd .;
(8) Lékařské ošetření, jako jsou sluchadla, ultrazvukové vybavení, diagnostické nástroje, monitorování pacientů atd .;
(9) Domácí spotřebiče - například vysoce věrný zvuk, syntéza hudby, ovládání tónu, hračky a hry, digitální telefony / televizory atd.
S neustálým zlepšováním poměru výkon / cena DSP čipů je předvídatelné, že DSP čipy budou více používány ve více oblastech.
Náš další produkt:
