Digitaalne signaalitöötlus (DSP) on esilekerkiv teema, mis hõlmab paljusid teadusharusid ja mida kasutatakse laialdaselt paljudes valdkondades. Alates 1960. aastatest tekkis arvuti- ja infotehnoloogia kiire arenguga digitaalse signaalitöötluse tehnoloogia, mis arenes kiiresti. Viimase kahe aastakümne jooksul on digitaalset signaalitöötlust laialdaselt kasutatud side- ja muudes valdkondades.
Digitaalne signaalitöötlus on arvutite või spetsiaalsete töötlemisseadmete kasutamine digitaalsel kujul signaalide kogumiseks, teisendamiseks, filtreerimiseks, hindamiseks, täiustamiseks, tihendamiseks ja tuvastamiseks, et saada inimeste vajadustele vastav signaalivorm. Digitaalne signaalitöötlus on välja töötatud digitaalse signaalitöötluse teooria, rakendamise ja rakendamise ümber. Digitaalse signaalitöötluse teoreetiline areng on edendanud digitaalse signaalitöötluse rakenduste arengut. Seevastu digitaalse signaalitöötluse rakendamine on edendanud digitaalse signaalitöötluse teooria täiustamist. Digitaalse signaalitöötluse realiseerimine on sild teooria ja rakenduse vahel
Digitaalne signaalitöötlus põhineb paljudel erialadel ja selle ulatus on äärmiselt lai. Näiteks matemaatika, arvutuse, tõenäosuse ja statistika valdkonnas on stohhastilised protsessid ja numbriline analüüs kõik digitaalse signaali töötlemise põhivahendid ning on tihedalt seotud võrguteooria, signaali ja süsteemiga, küberneetika, kommunikatsiooniteooria ja rikete diagnoosimisega . Mõned äsja tärkavad teadusharud, nagu tehisintellekt, mustrituvastus, närvivõrgud jne, on digitaalsignaali töötlemisest lahutamatud. Võib öelda, et digitaalne signaalitöötlus võtab teoreetiliseks aluseks palju klassikalisi teoreetilisi süsteeme ja teeb end samal ajal kujunevate teadusharude rea teoreetiliseks aluseks.
Digitaalse signaalitöötluse teostusmeetodid on üldiselt järgmised:
(1) realiseerida tarkvara (näiteks Fortran, C-keel) üldotstarbelises arvutis (näiteks PC);
(2) lisage spetsiaalne kiirendatud protsessor üldotstarbelisse arvutisüsteemi;
(3) Seda realiseerib üldotstarbeline ühe kiibiga mikroarvuti (näiteks MCS-51, 96 seeria jne). Seda meetodit saab kasutada mõnede vähem keeruliste digitaalsignaalide töötlemiseks, näiteks digitaalne juhtimine jne;
(4) Realiseerida üldise programmeeritava DSP kiibiga. Võrreldes ühe kiibiga mikroarvutitega on DSP kiipidel tarkvara ja riistvara ressursid, mis sobivad paremini digitaalseks signaalitöötluseks, ning neid saab kasutada keeruliste digitaalsete signaalitöötlusalgoritmide jaoks;
(5) Realiseerida spetsiaalse DSP kiibiga. Mõnel erijuhul on nõutav signaalitöötluskiirus ülimalt suur, mida on raske saavutada üldotstarbeliste DSP-kiipide, näiteks FFT-le pühendatud DSP-kiipide, digitaalse filtreerimise, konvolutsiooni ja nendega seotud algoritmide jaoks. See kiip integreerib vastavad signaalitöötlusalgoritmid Kiip on riistvaras rakendatud ilma programmeerimiseta.
Ülaltoodud meetodite hulgas on esimese meetodi puuduseks see, et see on aeglasem ja seda saab üldiselt kasutada DSP algoritmide simuleerimiseks; teine ja viies meetod on väga spetsiifilised ja nende kasutamine on oluliselt piiratud. Teine meetod on ka See on süsteemi iseseisva töö jaoks ebamugav; kolmas meetod sobib ainult lihtsate DSP algoritmide rakendamiseks; alles neljas meetod avab uued võimalused digitaalse signaalitöötluse rakendamiseks
Ehkki digitaalse signaalitöötluse teooria on kiiresti arenenud, pole enne 1980. aastaid rakendusmeetodite piiratuse tõttu digitaalse signaalitöötluse teooriat laialdaselt kasutatud. Alles maailma esimese ühe kiibiga programmeeritava DSP-kiibi sünnist 1970. aastate lõpus ja 1980. aastate alguses rakendati teoreetilisi uurimistulemusi odavate praktiliste süsteemide jaoks laialdaselt ning soodustati uute teooriate ja rakendusvaldkondade väljatöötamist. Pole liialdus öelda, et DSP kiipide sünnil ja arengul on viimase 20 aasta jooksul olnud side-, arvuti-, juhtimis- ja muude valdkondade tehnoloogilises arengus väga oluline roll.
DSP-süsteemis võib sisendsignaal olla erineva kujuga. Näiteks võib see olla mikrofoni poolt väljastatav kõnesignaal või telefoniliinilt moduleeritud andmesignaal või kaamera pildisignaal, mis on kodeeritud ja edastatud digitaalsel lingil või salvestatud arvutisse.
Esmalt viiakse sisendsignaal läbi piiratud sagedusribaga filtreerimise ja diskreetimise ning seejärel viiakse läbi signaali teisendamiseks digitaalseks bitivoodiks A / D (analoog-digitaalne) teisendamine. Nyquisti proovivõtu teoreemi kohaselt peab teabe kadumise tagamiseks olema diskreetimissagedus vähemalt kaks korda suurem kui sisendribaga piiratud signaali kõrgeim sagedus.
DSP-kiibi sisend on pärast A / D-muundamist saadud proovivõtuvormis väljendatud digitaalsignaal. DSP kiip teostab sisendi digitaalsignaali teatud vormis töötlemist, näiteks korrutamis- ja akumuleerimisoperatsioonide (MAC) rida. Digitaalne töötlus on DSP võti, mis erineb teistest süsteemidest (näiteks telefonikommutatsioonisüsteemidest). Lülitussüsteemis on protsessori roll marsruutimise valimine ja see ei muuda sisendandmeid. Seega, kuigi mõlemad on reaalajas süsteemid, on nende reaalajas kehtivad piirangud üsna erinevad. Lõpuks teisendatakse töödeldud digitaalproovid analoogproovideks D / A (Digital toAnalog) teisendamise teel ning seejärel viiakse läbi interpoleerimine ja silumisfiltreerimine pidevate analooglainete saamiseks.
Tuleb märkida, et ülaltoodud DSP-süsteemi mudel on tüüpiline mudel, kuid kõigil DSP-süsteemidel ei tohi olla mudeli kõiki komponente. Näiteks pole hääletuvastussüsteem väljundis pidev lainekuju, vaid tuvastamise tulemus, näiteks numbrid, tekst jne; mõned sisendsignaalid on digitaalsignaalid (näiteks CD-kompaktne ketas), mistõttu pole vaja teha analoog-digitaal teisendust.
Digitaalne signaalitöötlussüsteem põhineb digitaalsel signaalitöötlusel, nii et sellel on kõik digitaalse töötlemise eelised:
(1) Mugav liides. DSP-süsteemid ühilduvad teiste kaasaegsel digitaaltehnoloogial põhinevate süsteemide või seadmetega. Teatud funktsioonide rakendamiseks on selliste süsteemidega liidestamine palju lihtsam kui nende süsteemidega liidestamiseks analoogsüsteemidega;
(2) Lihtne programmeerida. DSP-süsteemi programmeeritav DSP-kiip võimaldab disaineritel tarkvara arendamise käigus paindlikult ja mugavalt muuta ja uuendada;
(3) Hea stabiilsus. DSP-süsteem põhineb digitaalsel töötlemisel, ümbritsev temperatuur ja müra mõjutavad seda vähem ning sellel on kõrge töökindlus;
(4) ülitäpne. 16-bitine digitaalsüsteem võib saavutada täpsuse 10 ^ (- 5);
(5) Hea korratavus. Analoogsüsteemi jõudlust mõjutavad suuresti komponentide parameetrite toimivuse muutused, samas kui digitaalsüsteemi see põhimõtteliselt ei mõjuta, seega on digitaalsüsteem mugav testimiseks, silumiseks ja masstootmiseks;
(6) Mugav integreerimine. DSP-süsteemi digitaalsed komponendid on kõrgelt standardiseeritud, hõlbustades ulatuslikku integreerimist.
Muidugi on digitaalsel signaalitöötlusel ka teatud puudusi. Näiteks lihtsate signaalitöötlusülesannete jaoks, näiteks analooglülitiga telefoniliides, suurendab DSP kasutamine kulusid. DSP-süsteemi kiire kell võib põhjustada selliseid probleeme nagu kõrgsageduslikud häired ja elektromagnetilised lekked ning DSP-süsteem tarbib palju energiat. Lisaks uuendatakse D SP-tehnoloogiat kiiresti, see nõuab palju matemaatilisi teadmisi ning arendus- ja silumisvahendid pole täiuslikud.
Kuigi DSP-süsteemil on mõningaid puudusi, on selle silmapaistvad eelised muutnud selle üha laialdasemaks kasutamiseks paljudes valdkondades, nagu side, hääl, pilt, radar, biomeditsiin, tööstuslik juhtimine ja instrumenteerimine.
Üldiselt pole DSP-süsteemide kujundamiseks väga head ametlikku kujundusmeetodit.
Enne DSP-süsteemi kujundamist peate kõigepealt määrama süsteemi jõudlusnäitajad ja signaalitöötlusnõuded vastavalt rakendussüsteemi eesmärkidele, mida tavaliselt saab kirjeldada andmevoo diagrammide, matemaatiliste toimimisjärjestuste, ametlike sümbolite või loomuliku keelega.
Teine samm on kõrgetasemelise keele simuleerimine vastavalt süsteemi nõuetele. Üldiselt on süsteemi lõppeesmärgi saavutamiseks vaja sisendsignaali korralikult töödelda ja erinevad töötlemismeetodid toovad kaasa süsteemi erineva jõudluse. Parima süsteemi jõudluse saavutamiseks peate selles etapis määrama parima. Töötlemismeetod on digitaalse signaalitöötluse algoritm (algoritm), nii et seda sammu nimetatakse ka algoritmi simulatsioonietapiks. Näiteks on kõne tihendamise kodeerimise algoritm parim sünteesitud kõne saamiseks kindla tihendusastme korral. Algoritmide simulatsiooniks kasutatavad sisendandmed saadakse tegelike signaalide kogumisel ja tavaliselt salvestatakse need andmefailina arvutifaili kujul. Näiteks hääletihenduse kodeerimise algoritmi simulatsioonis kasutatav häälsignaal kogutakse ja salvestatakse häälefailina arvutifaili kujul. Mõnes algoritmi simulatsioonis kasutatud sisendandmed ei pea tingimata olema tegelikud kogutud signaali andmed. Seni, kuni algoritmi teostatavust saab kontrollida, on võimalik sisestada ka hüpoteetilisi andmeid.
Pärast teise etapi läbimist on järgmine samm reaalajas DSP-süsteemi kujundamine. Reaalajas DSP-süsteemi disain hõlmab riistvara ja tarkvara kujundamist. Riistvara disain peab kõigepealt valima sobiva DSP-kiibi vastavalt süsteemi arvutuste suurusele, arvutustäpsuse nõuetele, süsteemi kulupiirangutele ning mahu ja energiatarbimise nõuetele. Seejärel kujundage DSP-kiibi perifeerne vooluring ja muud ahelad. Tarkvara kujundamine ja programmeerimine põhinevad peamiselt süsteeminõuetel ja valitud DSP kiibil vastava DSP koosteprogrammi kirjutamiseks. Kui süsteemil on vähe arvutusi ja seda toetab kõrgetasemeline keelekompilaator, saab seda programmeerida ka kõrgetasemelises keeles (näiteks C-keeles). Kuna olemasolevate kõrgetasemeliste keelekompilaatorite efektiivsus pole nii tõhus kui koostekeele käsitsi kirjutamisel, kasutatakse tegelikes rakendussüsteemides sageli kõrgetasemelise keele ja assamblee keele segaprogrammeerimismeetodit. Kirjutamise meetod on assamblee keele kirjutamine, samas kui kõrgetasemelist keelt kasutatakse seal, kus arvutuse summa pole suur. Selle meetodi kasutamine ei saa mitte ainult lühendada tarkvaraarenduse tsüklit, parandada programmi loetavust ja kaasaskantavust, vaid täita ka süsteemi reaalajas töötamise nõudeid.
Pärast DSP riist- ja tarkvara kujunduse lõppu on vaja riistvara ja tarkvara siluda. Tarkvara silumine kasutab tavaliselt DSP arendustööriistu, näiteks tarkvarasimulaatoreid, DSP arendussüsteeme või emulaatoreid. DSP-algoritmide silumisel võetakse üldjuhul kasutusele reaalajas tulemuste ja simulatsioonitulemuste võrdlemise meetod. Kui reaalajas ja simulatsiooniprogrammi sisend on sama, peaks nende kahe väljund olema sama. Rakendussüsteemi muud tarkvara saab siluda vastavalt tegelikule olukorrale. Riistvara silumine kasutab silumiseks tavaliselt riistvaraemulaatorit. Kui vastavat riistvaraemulaatorit pole ja riistvarasüsteem pole eriti keeruline, saab selle siluda ka üldiste tööriistade abil.
Pärast süsteemi tarkvara ja riistvara eraldi silumist saab tarkvara eraldada arendussüsteemist ja käivitada otse rakendussüsteemis. Muidugi on DSP-süsteemi arendamine, eriti tarkvaraarendus, protsess, mida tuleb korrata. Ehkki reaalajasüsteemi toimimist saab algoritmide simulatsiooni kaudu põhimõtteliselt teada saada, ei saa simulatsioonikeskkond tegelikult reaalajas süsteemikeskkonnaga täielikult kooskõlas olla. Simulatsioonialgoritmi reaalajasüsteemile üleviimisel tuleb kaaluda, kas algoritm võib töötada reaalajas. Kui algoritmi arvutuslik keerukus on riistvaral reaalajas töötamiseks liiga suur, tuleb algoritmi üle vaadata või lihtsustada.
DSP kiip, tuntud ka kui digitaalne signaaliprotsessor, on mikroprotsessor, mis sobib eriti hästi digitaalsete signaalitöötlustoimingute jaoks. Selle peamine rakendus on erinevate digitaalsete signaalitöötlusalgoritmide realiseerimine reaalajas ja kiiresti. Digitaalse signaalitöötluse nõuete kohaselt on DSP kiipidel üldjuhul järgmised peamised omadused:
(1) Ühe juhendamistsükli jooksul saab läbi viia ühe korrutuse ja ühe liitmise;
(2) Programm ja andmeruum on eraldatud ning juhistele ja andmetele pääseb juurde korraga;
(3) Kiibil on kiire RAM, millele saab tavaliselt juurde pääseda üheaegselt kahes plokis sõltumatute andmesiinide kaudu;
(4) riistvara tugi madala õhuliini või ilma õhuliini ja hüppeta;
(5) kiire katkestuse töötlemine ja riistvara I / O tugi;
(6) mitu riistvara aadressigeneraatorit, mis töötavad ühes tsüklis;
(7) Paralleelselt saab teha mitu toimingut;
(8) Toetage torujuhtme tööd, et selliseid toiminguid nagu toomine, dekodeerimine ja käivitamine saaks teha kattuvalt.
Muidugi, võrreldes üldotstarbeliste mikroprotsessoritega, on DSP-kiipide muud üldotstarbelised funktsioonid suhteliselt nõrgad.
DSP kiibi arendamine
Maailma esimene ühe kiibiga DSP-kiip peaks olema AMI poolt välja antud S2811 1978. aastal. Inteli poolt 2920. aastal välja antud kaubanduslikult programmeeritav seade 1979 oli DSP-kiipide jaoks oluline verstapost. Kummalgi kiibil pole ühetsüklilist kordajat, mis on vajalik tänapäevaste DSP kiipide jaoks. Jaapani NEC Corporationi juurutatud μP D1980 oli 7720. aastal esimene multiplikaatoriga kaubanduslik DSP-kiip.
Pärast seda olid kõige edukamad DSP kiibid Texas Instrumentsi (TI) tooteseeriad. TI käivitas 32010. aastal edukalt oma esimese põlvkonna DSP-kiibi TMS32011 ja seeria tooted TMS320, TMS10C14 / C15 / C16 / C17 / C1982 ning seejärel teise põlvkonna DSP-kiibi TMS32020, TMS320C25 / C26 / C28 ja kolmanda põlvkonna. DSP kiip TMS320C30 / C31 / C32, neljanda põlvkonna DSP kiip TMS320C40 / C44, viienda põlvkonna DSP kiip TMS320C5X / C54X, täiustatud teise põlvkonna DSP kiip TMS320C2XX, suure jõudlusega DSP kiip TMS320C8X, integreerides mitu DSP kiipi, ja praegu kiireim kuuenda põlvkonna DSP kiip TMS320 / C62X jne. TI võtab üldkasutatavad DSP kiibid kokku kolmeks seeriaks, nimelt: TMS67C320-seeria (sh TMS2000C320X / C2XX), TMS2C320-seeria (sh TMS5000C320X / C5X / C54X) ja TMS55C320-seeria (TMS6000C320X / C62X). Tänaseks on TI DSP-toodete seeriast saanud tänapäeval maailma kõige mõjukamad DSP-kiibid. TI-st on saanud ka maailma suurim DSP-kiibitarnija ja tema DSP-turuosa moodustab ligi 67% maailma osast.
Esimesena kasutas CMOS-tehnoloogiat ujukoma DSP-kiipide tootmiseks Jaapani Hitachi ettevõte, mis tõi 1982. aastal kasutusele ujukoma DSP-kiibid. 1983. aastal oli Jaapanis Fujitsu käivitatud MB8764-l 120ns juhendamistsükkel ja sellel oli kaks sisemist bussi , mis tegi läbilaskevõime töötlemisel suure hüppe. Esimene suure jõudlusega ujukoma DSP-kiip peaks olema DSP32, mille AT&T käivitas 1984. aastal.
Võrreldes teiste ettevõtetega on Motorola DSP kiibide turuletoomisega suhteliselt hilja. 1986. aastal tutvustas ettevõte fikseeritud punktiga protsessorit MC56001. 1990. aastal tõi see kasutusele IEEE ujuva punkti formaadiga ühilduva ujukoma DSP kiibi MC96002.
Ameerika analoogseadmed (lühidalt Analog Devices, lühidalt AD) hõivavad samuti teatud osa DSP kiibiturul ning on järjestikku tutvustanud oma eripäradega DSP kiipe. Selle fikseeritud punktiga DSP kiibid hõlmavad ADSP2101 / 2103/2105, ASDP2111 / 2115, ADSP2161 / 2162/2164 ja ADSP2171 / 2181, hõljuva punktiga DSP kiibid sisaldavad ADSP21000 / 21020, ADSP21060 / 21062 jne. Alates 1980. aastast on DSP kiibid olnud arenenud hüppeliselt ja DSP kiipe on üha enam kasutatud. Arvutamiskiiruse seisukohalt on MAC-i (üks korrutamine ja üks liitmine) aega vähendatud 400-ndate alguses 32010ns-lt (näiteks TMS1980) vähem kui 10ns-le (näiteks TMS320C54X, TMS320C62X / 67X jne) ja töötlemisvõimsust on mitu korda suurendatud. DSP-kiibi peamised kordistajakomponendid on langenud 40. aasta umbes 1980% -st dieareast vähem kui 5% -ni ja kiibis oleva RAM-i maht on suurenenud enam kui suurusjärgu võrra. Tootmisprotsessi osas võeti 4μm vastu 1980. aastal
N-kanaliga MOS-i (NMOS) protsess on üldiselt omaks võetud, kuid nüüd kasutatakse üldiselt alamikronilist (Micron) CMOS-i protsessi. DSP-kiibi tihvtide arv on suurenenud maksimaalselt 64-lt 1980. aastal enam kui 200-le. Tihvtide arvu suurenemine tähendab struktuurse paindlikkuse kasvu, näiteks välismälu ja protsessorite vahelise suhtluse laienemist. Lisaks on DSP kiipide väljatöötamine oluliselt vähendanud DSP süsteemide kulusid, mahtu, kaalu ja energiatarbimist. Tabel 1.1 on TI DSP kiipide võrdlustabel aastatel 1982, 1992 ja 1999. Tabel 1.2 on mõned maailma suurte DSP kiibitarnijate esinduslike kiipide andmed.
DSP kiipe saab liigitada järgmisel kolmel viisil.
1. Põhiomaduste järgi
See on klassifitseeritud DSP-kiibi tööaja ja käskude tüübi järgi. Kui mis tahes taktsagedusel teatud taktsageduse vahemikus võib DSP-kiip töötada normaalselt, välja arvatud arvutuskiiruse muutus, ei esine jõudluse halvenemist. Seda tüüpi DSP kiipe nimetatakse tavaliselt staatiliseks DSP kiibiks. Näiteks kuuluvad sellesse kategooriasse Jaapani OKI Electric Company DSP kiip, TI Company TMS320C2XX seeria kiip.
Kui DSP kiipe on kaks või enam, siis nende käskude komplektid ja vastavad masinkoodi masina tihvtide struktuurid ühilduvad üksteisega, siis seda tüüpi DSP kiipe nimetatakse järjepidevaks DSP kiibiks. Näiteks kuulub Ameerika Ühendriikide TI TMS320C54X sellesse kategooriasse.
2. Vastavalt andmevormingule
See on klassifitseeritud DSP kiibi tööandmete vormingu järgi. DSP kiipe, mille andmed töötavad fikseeritud punkti vormingus, nimetatakse fikseeritud punktiga DSP kiibideks, näiteks TI TMS320C1X / C2X, TMS320C2XX / C5X, TMS320C54X / C62XX seeria, AD's ADSP21XX seeria, AT & T's DSP16 / 16A ja Motolora's MC56000. Ujuva punktiga vormingus töötavaid ujuva punkti DSP kiipe nimetatakse ujuva punkti DSP kiibideks, näiteks TMS320C3X / C4X / C8X TI-st, ADSP21XXX-seeria AD-st, DSP32 / 32C AT&T-st, MC96002 Motolorast jne.
Erinevate ujukoma DSP kiipide kasutatavad ujukomaformaadid pole täpselt ühesugused. Mõned DSP kiibid kasutavad kohandatud ujukomaformaate, näiteks TMS320C3X, mõned DSP kiibid aga IEEE standardseid ujukomaformaate, näiteks Motorola MC96002, FUJITSU MB86232 ja ZORAN ZR35325 jne.
3. Vastavalt eesmärgile
DSP eesmärgi järgi võib selle jagada üldotstarbeliseks DSP kiibiks ja eriotstarbeliseks DSP kiibiks. Üldotstarbelised DSP kiibid sobivad tavaliste DSP rakenduste jaoks. Näiteks on TI Company DSP kiibide seeria üldotstarbelised DSP kiibid. Spetsiaalne DSP-kiip on mõeldud konkreetsete DSP-toimingute jaoks ja sobib rohkem spetsiaalsete toimingute jaoks, nagu digitaalne filtreerimine, konvolutsioon ja FFT. Näiteks kuuluvad Motorola DSP56200, Zorani ZR34881, Inmose IMSA100 jne spetsiaalsesse DSP kiipi.
Selles raamatus käsitletakse peamiselt üldotstarbelisi DSP kiipe.
DSP kiibi disaini DSP rakendussüsteemi valik, DSP kiibi valimine on väga oluline link. Alles siis, kui DSP kiip on valitud, saab süsteemi perifeerseid ahelaid ja muid ahelaid edasi kujundada. Üldiselt tuleks DSP kiibi valik määrata vastavalt rakendussüsteemi tegelikele vajadustele. Erinevatel DSP-rakendussüsteemidel on DSP-kiipide valikuvõimalused erineva rakenduse juhtumi ja rakenduseesmärgi tõttu. Üldiselt tuleks DSP kiibi valimisel arvestada järgmiste paljude teguritega.
1. DSP kiibi töökiirus.
Töökiirus on DSP kiipide üks olulisemaid jõudlusnäitajaid ja see on ka peamine tegur, mida tuleb DSP kiibide valimisel arvestada. DSP-kiipide arvutamise kiirust saab mõõta järgmiste jõudlusnäitajate abil:
(1) Korraldustsükkel: käsu täitmiseks kuluv aeg, tavaliselt ns (nanosekundites). Näiteks on TMS320LC549-80 käsitsükkel, kui põhisagedus on 80MHz, 12.5ns;
(2) MAC-aeg: ühe korrutamise ja ühe liitmise aeg. Enamik DSP-kiipe suudab korrutamise ja liitmise ühe toimingutsükli jooksul läbi viia. Näiteks on TMS320LC549-80 MAC-aeg 12.5ns;
(3) FFT täitmise aeg: N-punkti FFT programmi käivitamiseks kuluv aeg. Kuna FFT-operatsiooniga seotud toimingud on digitaalsignaali töötlemisel väga esinduslikud, kasutatakse FSP-tööaega sageli indikaatorina DSP-kiibi arvutusvõimsuse mõõtmiseks;
(4) MIPS: see tähendab, et sekundis täidetakse miljoneid käske. Näiteks on TMS320LC549-80 töötlusvõimsus 80 MIPS, see tähendab, et sekundis saab täita 80 miljonit käsku;
(5) MOPS: see tähendab, et sekundis tehakse miljoneid toiminguid. Näiteks on TMS320C40 arvutusvõimsus 275 MOPS;
(6) MFLOPS: see tähendab, et sekundis tehakse miljoneid ujukomaoperatsioone. Näiteks on TMS320C31 töötlemisvõimsus, kui põhisagedus on 40 MHz, 40 MFLOPS;
(7) BOPS: see tähendab, et sekundis tehakse miljard toimingut. Näiteks on TMS320C80 töötlusvõimsus 2 BOPS.
2. DSP kiipide hind.
DSP kiibi hind on samuti oluline tegur, mida DSP kiibi valimisel arvestada. Kui kasutatakse kallist DSP-kiipi, on selle rakendusala kindlasti piiratud, isegi kui jõudlus on kõrge, eriti tsiviiltoodete puhul. Seetõttu tuleb vastavalt tegelikule süsteemirakendusele kindlaks määrata taskukohane DSP-kiip. Muidugi kipub DSP kiipide kiire arengu tõttu DSP kiibide hind suhteliselt kiiresti langema. Seetõttu valitakse arendusjärgus veidi kallim DSP kiip. Kui süsteem on välja töötatud, võib selle hind langeda poole või rohkem.
3. DSP kiibi riistvararessursid.
Erinevate DSP kiipide pakutavad riistvararessursid on erinevad, näiteks kiibil oleva RAM-i ja ROM-i maht, väliselt laiendatav programm ja andmeruum, siiniliides, I / O-liides jne. Isegi kui see on sama DSP-kiibide seeria (näiteks TI TMS320C54X-seeria) on seeria erinevatel DSP-kiipidel erinevad sisemised riistvararessursid ja nad saavad erinevate vajadustega kohaneda.
4. DSP kiibi aritmeetiline täpsus.
Üldiste fikseeritud punktiga DSP kiipide pikkus on 16 bitti, näiteks seeria TMS320. Kuid mõnel ettevõttel on 24-bitised fikseeritud punktiga kiibid, näiteks Motorola MC56001. Ujukoma kiibi sõna pikkus on tavaliselt 32 bitti ja akumulaator 40 bitti.
5. DSP kiipide arendusvahendid.
DSP-süsteemi arendusprotsessis on arendustööriistad hädavajalikud. Ilma arendustööriistade toeta on keerulise DSP-süsteemi väljatöötamine peaaegu võimatu. Kui on olemas võimsate arendustööriistade tugi, näiteks C-keele tugi, lüheneb arendusaeg oluliselt. Seetõttu tuleb DSP kiibi valimisel pöörata tähelepanu selle arendustööriistade, sealhulgas tarkvara ja riistvara arendamise tööriistade toele.
6. DSP-kiibi energiatarve.
Mõnes DSP-rakenduses on ka energiatarbimine probleem, mis vajab erilist tähelepanu. Näiteks kaasaskantavatel DSP-seadmetel, pihuseadmetel ja välirakenduste DSP-seadmetel on energiatarbimise erinõuded. Praegu on laialdaselt kasutatud väikese võimsusega kiireid DSP-kiipe, mille toiteallikaks on 3.3 V.
7. muu.
Lisaks ülaltoodud teguritele peaks DSP kiibi valimisel arvestama ka pakendamise vormi, kvaliteedistandardeid, saadavust, olelusringi jms. Mõnel DSP kiibil võib olla mitu pakendivormi, näiteks DIP, PGA, PLCC ja PQFP. Mõni DSP-süsteem võib lõpuks nõuda tööstusliku või sõjalise taseme standardeid. Valides peate pöörama tähelepanu sellele, kas valitud kiibil on tööstuslik või sõjalise kvaliteediga sarnane toode. Kui kavandatud DSP-süsteem ei ole lihtsalt eksperimentaalne süsteem, vaid vajab masstoodangut ja selle elutsükkel võib olla mitu aastat või isegi üle kümne aasta, siis peate arvestama valitud DSP-kiibi tarnimisega ja kas see on sama või isegi pikem elutsükkel ja nii edasi.
Eespool nimetatud paljude tegurite hulgas on üldjuhul fikseeritud punktiga DSP-kiibi hind odavam, energiatarve väiksem, kuid arvutustäpsus veidi madalam. Ujuva punktiga DSP-kiipide eelised on suur töö täpsus ning mugav programmeerimine ja silumine C-keeles, kuid need on veidi kallimad ja tarbivad rohkem energiat. Näiteks on TI seeria TMS320C2XX / C54X fikseeritud punktiga DSP-kiibid, mille põhijooned on madal energiatarve ja madal hind. TMS320C3X / C4X / C67X on ujuva punktiga DSP-kiip, millel on kõrge aritmeetiline täpsus, mugav programmeerimine C-keeles ja lühike arendustsükkel, kuid samal ajal on selle hind ja energiatarve suhteliselt kõrged.
DSP-rakendussüsteemi arvutuskoormus on aluseks töötlemisvõimsusega DSP-kiibi valiku määramisel. Kui arvutuse summa on väike, saate valida väiksema töötlusvõimsusega DSP-kiibi, mis võib vähendada süsteemi maksumust. Vastupidi, suure arvutusega DSP-süsteem peab valima tugeva töötlemisvõimega DSP-kiibi. Kui DSP-kiibi töötlemisvõime ei suuda täita süsteeminõudeid, peab ta paralleelseks töötlemiseks kasutama mitut DSP-kiipi. Niisiis, kuidas määrata DSP-süsteemi arvutamise summa DSP-kiibi valimiseks? Vaatleme allpool kahte juhtumit.
1. Proovi töötlemine
Nn proovipunkti töötlus seisneb selles, et DSP algoritm tsükeldub iga sisendnäidepunkti kohta üks kord. See kehtib digitaalse filtreerimise kohta. Digitaalsetes filtrites on tavaliselt vaja iga sisendnäidise punkti jaoks arvutada üks kord. Näiteks 256 kraani kohandav FIR-filter, mis kasutab LMS-i algoritmi, eeldades, et iga kraani arvutamiseks on vaja 3 MAC-tsüklit, 256-kraani arvutamiseks on vaja 256 × 3 = 768 MAC-tsüklit. Kui proovivõtusagedus on 8 kHz, see tähendab, et proovide vaheline intervall on 125 ms ja DSP-kiibi MAC-tsükkel on 200ns, vajavad 768 MAC-tsüklit 153.6 ms, mida ilmselt ei saa reaalajas töödelda, ja suurema kiirusega DSP kiip tuleb valida. Tabelis 1.3 on toodud kolme DSP kiibi kahe signaali ribalaiuse töötlemisnõuded. Kolme DSP kiibi MAC-tsüklid on vastavalt 200ns, 50ns ja 25ns. Tabelist on näha, et kaht viimast DSP kiipi saab dialoogivöö rakendamiseks reaalajas rakendada. Helirakenduste korral saab reaalajas töödelda ainult kolmandat DSP kiipi. Muidugi ei võeta selles näites muid arvutusi.
2. Töötlemine kaadrite kaupa Mõni digitaalse signaali töötlemise algoritm ei tselluleeri iga sisendproovi jaoks üks kord, vaid tsüklib üks kord kindla ajaintervalli järel (tavaliselt nimetatakse kaadriks). Näiteks keskmise ja väikese kiirusega kõne kodeerimise algoritm võtab kaadrina tavaliselt 10 ms või 20 ms ning kõne kodeerimise algoritm tsükeldub üks kord iga 10 ms või 20 ms järel. Seetõttu peaksite DSP-kiibi valimisel võrdlema kaadris oleva DSP-kiibi töötlemisvõimsust DSP-algoritmi arvutusliku summaga. Oletame, et DSP kiibi käsitsükkel on p (ns) ja ühe kaadri aeg on Dt
(Ns), siis on DSP kiibi ühes raamis pakutav arvutuse maksimaalne summa Dt / p juhised. Näiteks on TMS320LC549-80 käsitsükkel 12.5ns ja kui kaadri pikkus on 20ms, on maksimaalne toimingute arv, mida TMS320LC549-80 suudab ühes kaadris pakkuda, 1.6 miljonit käsku. Seetõttu, kuni kõnekodeerimise algoritmi arvutuslik summa ei ületa 1.6 miljonit käsku, saab seda TMS320LC549-80 abil reaalajas käivitada.
DSP kiibi rakendamine
Alates DSP kiipide sünnist 1970. aastate lõpus ja 1980. aastate alguses on DSP kiibid kiiresti arenenud. DSP-kiipide kiirele arengule on ühelt poolt kasu olnud integreeritud vooluahela tehnoloogia ja teiselt poolt tohutu turg. Viimase 20 aasta jooksul on DSP kiipe laialdaselt kasutatud paljudes valdkondades, nagu signaalitöötlus, side ja radar. Praegu on DSP kiipide hind järjest madalam ning jõudluse ja hinna suhe suureneb iga päevaga, millel on tohutu rakenduspotentsiaal. DSP kiipide peamised rakendused on:
(1) signaalitöötlus - näiteks digitaalne filtreerimine, adaptiivne filtreerimine, Fourieri kiire teisendamine, korrelatsiooni arvutamine, spektri analüüs, konvolutsioon, mustri sobitamine, murdmine, lainekuju genereerimine jne;
(2) side - näiteks modem, adaptiivne tasandamine, andmete krüpteerimine, andmete tihendamine, kaja tühistamine, multipleksimine, faksimine, hajaspektri side, veaparanduskodeerimine, videotelefon jne;
(3) hääl - näiteks hääle kodeerimine, hääle süntees, hääletuvastus, hääle täiustamine, kõneleja identifitseerimine, kõneleja kinnitus, kõnepost, hääle salvestamine jne;
(4) graafika / pildid, näiteks kahemõõtmeline ja kolmemõõtmeline graafika töötlemine, kujutiste tihendamine ja edastamine, pildi täiustamine, animatsioon, roboti nägemine jne;
(5) sõjavägi, näiteks konfidentsiaalne side, radari töötlemine, kajaloodi töötlemine, navigeerimine, rakettide juhtimine jne;
(6) instrumendid ja arvestid, näiteks spektri analüüs, funktsioonide genereerimine, faasilukustatud silmus, seismiline töötlemine jne;
(7) automaatjuhtimine - näiteks mootori juhtimine, hääljuhtimine, automaatne juhtimine, roboti juhtimine, ketta juhtimine jne;
(8) meditsiiniline ravi, nagu kuuldeaparaadid, ultrahelivarustus, diagnostikavahendid, patsiendi jälgimine jne;
(9) Kodumasinad, nagu ülitäpne heli, muusika süntees, tooni juhtimine, mänguasjad ja mängud, digitaalsed telefonid / telerid jne.
DSP kiipide jõudluse ja hinna suhte pideva paranemise korral on ette näha, et DSP kiipe hakatakse laiemalt kasutama rohkemates valdkondades.
Meie teise tootega:
