Описание процессоров семейства ADSP

1. писание сигнальных процессоров семейства ADSP 2100

Семейство процессоров ADSP-2100 представляет собой совокупность программируемых микропроцессоров с общей структурой, оптимизированную для обработки аналогового сигнала в цифровой форме, а так же для других прикладных целей. Различные микропроцессоры отличаются друг от друга преимущественно типом периферийных устройств, которые дополняют основную структуру. В различных членах семейства могут имеется память, таймер, последовательный и параллельный порты. Кроме того, процессоры ADSP-21msp58/59 включают аналоговый интерфейс для преобразования сигнала звуковой частоты.

1.1. Функциональные модули

Таблица 1.1 показывает характеристики, которыми обладают отдельные члены семейства.

Таблица 1.1

Computational Units (вычислительный модуль) тАУ каждый процессор семейства ADSP-2100 содержит три полнофункциональных независимых вычислительных модуля: arithmetic/logic unit (ALU) тАУ арифметичиско-логический, multiplier/accumulator (MAC) тАУ накопитель, barrel shifter тАУ сдвиговый расширитель.Все модули оперируют с 16-разрядными словами, а также обеспечивают аппаратную поддержку мультиточности.

Data Address Generators & Program Sequencer (генераторы адресов данных и программа sequencer) тАУ два отдельных генератора адресов обеспечивают адреса для встроенной и внешней памяти. Сдвоенные генераторы адресов данных позволяют процессору генерировать адреса для двух выборок операнда одновременно, что максимизирует производительность.

Memory (память) тАУ в семействе ADSP-2100 применяется архитектура памяти, в которой данные хранятся в секции данных, а в секции программ хранятся как данные так и команды. Все процессоры семейства имеют оперативную память состоящую и этих двух сегментов. Быстродействие внутренней памяти позволяет процессору выбирать два операнда (один из области данных, другой из области программ) в течении одного цикла.

Serial Ports (последовательные порты) тАУ обеспечивают последовательный интерфейс связи с аппаратными средствами, предназначенными для сжатия, хранения и обработки данных. Интерфейс совместим с большим числом известных устройств. Каждый порт может использовать как внутренний таймер, так и внешний. Последовательный порт 0 имеет многоканальные возможности.

Timer тАУ 8-разрядный программируемый таймер/счетчик обеспечивает периодическую генерацию прерываний.

Host Interface Port (главный связной порт) тАУ обеспечивает прямое соединение с главным процессором ЭВМ. Например Motorola 68000, Intel 8051 или другой процессор семейства ADSP-2100 могут быть легко соединены с главным интерфейсом.

DMA Ports (порты DMA) тАУ в ADSP-2181 внутренний (IDMA) и байтовый (BDMA) DMA порты обеспечивают эффективную передачу данных из внутренней памяти и в неё. IDMA порт имеет мультиплексный адрес и 16-битную шину данных. IDMA порт полностью асинхронный данные в него могут записываться, в то время когда ADSP-2181 полностью занят.

Analog Interface (аналоговый интерфейс) тАУ процессоры ADSP-21msp58/59 имеют встроенную схему для цифровой обработки аналогового сигнала. Эта схема содержит АЦП (ADC) и ЦАП (DAC), аналоговые и цифровые фильтры и параллельный интерфейс связи с ядром процессора.

Архитектура семейства ADSP-2100 приспособлена к выполнению задач с помощью цифрового сигнального процессора и построена таким образом, что устройства за один такт могут выполнять следующие действия:

В· генерировать следующий адрес программы;

В· выбирать следующую команду;

В· выполнять один или два шага программы;

В· модифицировать один или два указателя адреса данных;

В· выполнять вычисление.

В этом же такте процессоры, которые имеют релевантные модули могут:

В· принимать и/или передавать данные через последовательный порт;

В· принимать и/или передавать данные через главный порт интерфейса;

В· принимать и/или передавать данные через DMA порты;

В· принимать и/или передавать данные через аналоговый интерфейс.

1.2. Системный интерфейс и интерфейс памяти

В каждом процессоре семейства ADSP-2100 четыре внутренних шины соединяют внутреннюю память с другими функциональными модулями:

- шина адреса;

- шина данных;

- шина памяти программ;

- шина памяти данных.

Внешние устройства могут получать контроль над шинами посредством сигналов предоставления (BR,BG). Процессоры ADSP-2100 могут работать в то время когда шины предоставлены другому устройству, пока не требуется операции с внешней памятью.

Схема начальной загрузки дает возможность автоматической загрузки внутренней памяти после того как ее содержимое было стерто. Это можно осуществлять с помощью интерфейса памяти из EPROM, из главного компьютера, посредством главного порта интерфейса, а так же через BDMA порт процессора 2181. Программы могут загружаться без применения каких-либо дополнительных аппаратных средств.

1.3. Система команд

Процессоры семейства ADSP-2100 используют единую систему команд для совместимости с устройствами с более высокой интеграцией. Микропроцессоры ADSP-2171, ADSP-2181 и ADSP-21msp58/59 имеют ряд дополнительных команд. Система команд позволяет выполнять мультифункциональные команды за один такт процессора, с другой стороны каждая команда может быть выполнена отдельно в своем такте. Ассемблер имеет алгебраический синтаксис, для повышения удобочитаемости легкости кодирования.

1.4. Эффективность сигнального процессора

Сигнальный процессор должен быть не только очень быстродействующим, но удовлетворять некоторым требованиям в следующих областях:

В· Быстрая и гибкая арифметика тАУ архитектура процессоров ADSP-2100 позволяет в одном производить такие операции, как умножение, умножение с накоплением, произвольное смещение, а так же ряд стандартных арифметических и логических операций в одном цикле процессора.

В· Расширенный динамический диапазон тАУ 40-разрядный аккумулятор имеет восемь резервных бит защиты от переполнения при последовательном суммировании, которые гарантируют, что потери данных быть не может.

В· Выборка двух операндов за один цикл тАУ при расширенном суммировании на каждом цикле процессора необходимо два операнда. Все члены семейства ADSP-2100 способны поддерживать обработку данных с двумя операндами, сохранены ли данные в памяти или нет.

В· Аппаратные циклические буферы тАУ большой класс алгоритмов обработки цифро-аналоговых сигналов, включая цифровые фильтры требуют наличия циклических буферов. Архитектура семейства ADSP-2100 имеет аппаратные средства для обработки указателя адреса wraparound, что упрощает реализацию круговых буферов.

В· Переход по нулю тАУ повторяющиеся алгоритмы наиболее логично выражать через циклы. Программа Sequenser ADSP-2100 поддерживает работу с циклическим кодом с нулем на верху, в объединении со структурой clearest это повышает эффективность системы. Также нет препядствий для работы с условными переходами.

2. Основная архитектура

В этом разделе описывается основная архитектура процессоров семейства ADSP-2100, схема которой приведена на рис. 2.1.

2.1. Вычислительные модули

Как уже говорилось выше каждый процессор семейства ADSP-2100 содержит три независимых вычислительных модуля:

- арифметико-логический (ALU);

- умножение с накоплением (MAC);

- расширитель (shiffter).

Эти устройства работают с 16-разрядными данными и обеспечивают аппаратную поддержку мультиточности.

ALU выполняет ряд стандартных арифметических и логических комманд в дополнене к примитивам деления. MAC выполняет одноцикловые операции умножения, умножения/сложения, умножения/вычитания. Shiffter осуществляет логические и арифметические сдвиги, нормализацию, денормализацию и операцию получения порядка, атак же управление форматом данных,разрешая работу с плавоющей точкой. Вычислительные модули размещаются последовательно друг за другом, таким образом чтобы выход одного мог стать входом другого в следующем цикле. Результаты работы модулей собираются на 16-разрядную R-шину.

Все три модуля содержат входные и выходные регистры, которые доступны черех 16-разрядную DMD-шину. Комманда, выполняемые в модулях, берут в качестве операндов данные находящиеся в регистрах ввода и после выполнения записывают результат в регистры вывода. Регистры являются как бы промежуточным хранилищем между памятью и вычислительной схемой. R-шина позволяет результату одного вычисления стать операндом к другой операции. Это позволяет сэкономить время обходясь без лишних пересылок модуль-память.