Digitaalinen signaaliprosessori

Digitaalinen signaaliprosessori ( eng.  digital signal processor , DSP , digitaalinen signaaliprosessori (DSP) - erikoistunut mikroprosessori , joka on suunniteltu käsittelemään digitoituja signaaleja (yleensä reaaliajassa ) [1] .

Arkkitehtoniset ominaisuudet

Signaaliprosessorien arkkitehtuurissa on yleiskäyttöisiin mikroprosessoreihin verrattuna joitain ominaisuuksia, jotka liittyvät haluun nopeuttaa tyypillisten digitaalisten signaalinkäsittelytehtävien suorittamista mahdollisimman paljon, kuten digitaalinen suodatus , Fourier-muunnos , signaalihaku jne. Matemaattisesti nämä tehtävät pelkistetään reaalilukujen monikomponenttivektoreiden elementtikohtaisiin kertokertoelementteihin, joita seuraa tulojen summaus (esimerkiksi digitaalisessa suodatuksessa äärellisen impulssivasteen omaavan suodattimen lähtösignaali on yhtä suuri kuin suodatinkertoimien tulot signaalinäytteiden vektorilla, vastaavat laskelmat suoritetaan haettaessa signaalinäytteiden korrelaatio- ja autokorrelaatiofunktioita). Siksi signaaliprosessorit on optimoitu nopeuteen suorittamaan juuri tällaisia ​​​​toimintoja. Ja DSP:t on suunnattu ennen kaikkea kertomisen toistuvaan suorittamiseen laskemalla "lennossa" kerrottavien taulukon elementtien osoitteet:

Ensimmäisten DSP:iden rajalliset laitteistoresurssit jättivät merkittävän jäljen niiden arkkitehtuuriin:

Nykyaikaisessa mikroelektroniikassa yleiskäyttöiset prosessorit sisältävät usein laitteistotuen tyypillisille DSP-toiminnoille. Erityisen aikaa vievät DSP-tehtävät ratkaistaan ​​ohjelmoitavan logiikan pohjalta , jolloin tietyn toiminnon suoritus voidaan optimoida mahdollisimman hyvin. Erikoistuneet DSP - prosessorit ovat yhä enemmän vektoreita . Samaan aikaan klassiset DSP:t tarjoavat kehittyneitä ohjesarjoja yleiskäyttöisille prosessoreille ja tasoittavat ohjelmistomallin ominaisuuksia ja sijoittavat ne yleiskäyttöisiksi tuotteiksi, joissa on nopeutetut DSP-toiminnot. Kaikki nämä suuntaukset johtavat klassisen DSP:n käsitteen hämärtymiseen.

Sovellukset

Historia

Aiempi kehitys

Ennen vuotta 1980 useat yritykset tuottivat laitteita, joita voidaan pitää DSP:iden edelläkävijöinä. Joten vuonna 1978 Intel julkaisi "analogisen signaaliprosessorin" 2120. Se sisälsi ADC :n , DAC : n ja digitaalisen dataprosessorin, mutta siinä ei ollut laitteiston kertolaskutoimintoa. Vuonna 1979 AMI julkaisee S2811:n, oheislaitteen, jota ohjaa tietokoneen pääprosessori. Molemmat tuotteet eivät menestyneet markkinoilla.

Ensimmäinen sukupolvi (1980-luvun alku)

DSP-laitteiden päähistoria lasketaan yleensä vuosille 1979-1980, jolloin Bell Labs esitteli ensimmäisen Mac 4 -sirun DSP:n, ja myös NEC :n µMPD7720 ja AT&T :n DSP1 esiteltiin IEEE International Solid-State Circuits Conference '80 -tapahtumassa. , joka ei kuitenkaan saanut laajaa levitystä. Käytännön standardi oli hieman myöhemmin julkaistu Texas Instruments TMS32010 -kide , joka ylittää kilpailijoiden tuotteet monissa parametreissä ja onnistuneissa teknisissä ratkaisuissa. Tässä on joitain sen ominaisuuksia:

Toinen sukupolvi (1980-luvun puoliväli)

Puolijohdeteknologian edistymisen vuoksi tänä aikana julkaistiin tuotteita, joissa oli parempia ominaisuuksia verrattuna ensimmäiseen sukupolveen. Tyypillisiä eroja ovat:

Paljon myöhemmin julkaistiin myös laitteita, jotka kuuluivat muodollisesti toiseen sukupolveen, mutta seuraavilla parannuksilla:

Kolmas sukupolvi (1980-luvun loppu)

Kolmannen sukupolven DSP liittyy yleensä liukulukuaritmetiikkaa käyttävien tuotteiden tuotannon aloittamiseen. Ensimmäisten julkaistujen näytteiden ominaispiirteet:

Neljäs sukupolvi

Neljännelle DSP-sukupolvelle on ominaista käskyjoukkojen merkittävä laajeneminen, VLIW- ja superskalaariprosessorien luominen . Kellotaajuudet ovat nousseet huomattavasti. Joten esimerkiksi MAC-käskyn ( Y := X + A × B ) suoritusaika lyhennettiin 3 ns:iin.

Nykyaikaiset DSP:t

Parhaat nykyaikaiset DSP:t voidaan luonnehtia seuraavilla parametreilla:

DSP:n perusparametrit

Usein käytetään myös DSP:n integroituja ominaisuuksia, esimerkiksi "teho / virta / nopeus" -osoitinta, esimerkiksi ma / MIPS (milliampeeria 1 miljoonaa käskyä sekunnissa), mikä mahdollistaa todellisen virrankulutuksen arvioinnin. riippuen suorittimen tietyllä hetkellä ratkaiseman tehtävän monimutkaisuudesta.

DSP:n valinta määräytyy täysin kehitettävän järjestelmän tarkoituksen mukaan. Esimerkiksi halvat prosessorit ja alhainen virrankulutus ovat tärkeitä massamobiililaitteille, kun taas järjestelmän kehittämiskustannukset jäävät taustalle. Toisaalta mittauslaitteiden, audio- ja videotietojen käsittelyjärjestelmien kannalta tärkeitä ovat prosessorien tehokkuus, edistyneiden työkalujen saatavuus, monikäsittely jne..

Suorituksen arviointi ja vertailu

Kuten aiemmin todettiin, yksittäiset ominaisuudet, kuten kellotaajuus, MIPS, MOPS, MFLOPS, mahdollistavat DSP:n suorituskyvyn arvioinnin melko moniselitteisesti. Siksi eri DSP:iden ominaisuuksien mittaamisen ja vertailun ongelman ratkaisemiseksi käytetään erityisiä testisarjoja, jotka jäljittelevät joitain yleisiä digitaalisia signaalinkäsittelytehtäviä. Jokainen testi koostuu useista pienistä ohjelmista, jotka on kirjoitettu assemblerillä ja optimoitu tietylle arkkitehtuurille. Nämä testit voivat sisältää seuraavat:

Tämän päivän arvovaltaisin testipaketti on BTDImark2000 -testi ( BDTI DSP Kernel Benchmarks™ (BDTImark2000™) Certified Results ), joka sisältää näiden algoritmien lisäksi myös arvion algoritmin käyttämästä muistista, järjestelmän kehitysajasta ja muista parametrit.

Laite

Harvardin arkkitehtuuri

Digitaaliset signaaliprosessorit rakennetaan ns. "Harvard-arkkitehtuuri", jonka erottuva piirre on, että ohjelmat ja tiedot tallennetaan eri muistilaitteisiin - ohjelmamuistiin ja datamuistiin. Toisin kuin von Neumannin arkkitehtuuri , jossa prosessori tarvitsee vähintään kolme väyläjaksoa käskyn ja kahden operandin hakemiseen, DSP voi tehdä samanaikaisia ​​pääsyjä sekä käskymuistiin että datamuistiin, ja yllä oleva käsky voidaan vastaanottaa kahdessa väyläjaksossa. Todellisuudessa komentojärjestelmän ja muiden toimenpiteiden harkitun ansiosta tämä aika voidaan lyhentää yhteen sykliin. Todellisissa laitteissa käskymuisti voi tallentaa ohjelmien lisäksi myös dataa. Tässä tapauksessa DSP:n sanotaan rakennetun muunnetun Harvardin arkkitehtuurin mukaan.

Käskymuisti ja datamuisti sijaitsevat yleensä DSP-sirulla. Koska tämän muistin tilavuus on suhteellisen pieni, on tarpeen käyttää ulkoisia (suorittimen siruun verrattuna) tallennuslaitteita. Tällaisissa laitteissa ei käytetä erillisiä komento- ja dataväyliä, koska se vaatisi ulkoisten kidenastojen määrän merkittävää lisäystä, mikä on kallista ja epäkäytännöllistä. Siksi DSP:n vuorovaikutus ulkoisten tallennuslaitteiden kanssa tapahtuu yhden väyläjoukon kautta ilman, että se on jaettu komentoihin ja tietoihin. On myös syytä huomata, että ulkoisen muistin käyttö vie aina paljon enemmän aikaa kuin sisäinen muisti, joten suoritusajan kannalta kriittisissä sovelluksissa tällaiset pääsyt on minimoitava.

Rakennekaavio

Komentojen putkilinjan suorittaminen

Liukuhihna on laskennallinen säie, joka suorittaa tietyn mikrooperaation kussakin vaiheessa , joten liukuhihnalla on kulloinkin useita komentoja eri suoritusvaiheissa. Tämä parantaa suorituskykyä.

Useiden putkien läsnäolo toteuttaa superskalaariarkkitehtuurin.

Käsittelemällä komentoja rinnakkain eri liukuputkissa maksimaalinen vaikutus saavutetaan samantyyppisillä käskyillä, jotka eivät ole riippuvaisia ​​toisistaan. Jos ohjelma sisältää erityyppisiä komentoja, niin odotusjaksot otetaan käyttöön liukuhihnassa.

Kuljettimien lastauksen optimoimiseksi tarvitaan seuraavaa:

Tämän seurauksena komentoja ei suoriteta siinä järjestyksessä, jossa ohjelmoija on ne kirjoittanut.

Päätoimintojen laitteistototeutus

Kertoimet

Laitteistokertojaa käytetään lyhentämään yhden DSP:n pääoperaation - kertolaskutoiminnon - suoritusaikaa. Yleiskäyttöisissä prosessoreissa tämä toiminto toteutetaan useissa siirto- ja summaussykleissä ja vie paljon aikaa, ja DSP:ssä erikoistuneen kertoimen ansiosta yhdessä käskyjaksossa.

Toiminnallisesti kertoimet jaetaan kahteen tyyppiin:

  • Yksinkertainen kerroin. Suorittaa sananlaajuisen kertolaskutoiminnon. Tulos on kaksinkertainen sanaleveä ja tallennetaan joko kaksinkertaiseen rekisteriin tai kahteen tavalliseen rekisteriin (tai kahteen muistipaikkaan).
  • Kerroin-summain (MAC - Kerroin / Akku). Suorittaa monikeräystoiminnon, jota käytetään laajalti monissa digitaalisissa signaalinkäsittelyalgoritmeissa. Katso lisätietoja tämän komennon käytöstä kohdasta #DSPs by Architecture .
Vaihteet

Vaihteisto on sekä laite, joka suorittaa tiedonsiirtooperaation, että rekisteri, joka tallentaa siirron tuloksen [2] .

Vaihteistot jaetaan toimintojensa mukaan:

  • Esivaihteet , jotka suorittavat vaihdon ennen toimenpiteen alkamista tai sen suorittamisen aikana;
  • Jälkivaihteet , jotka suorittavat vaihdon toimenpiteen suorittamisen jälkeen.

Molemmissa tapauksissa siirron tuloksen tallentavan rekisterin rakenne on sama kuin akun rakenne .

Preshifter toiminnot
  • alustava skaalaus. Käytetään esimerkiksi monimutkaisissa aritmeettisissa komentoissa sekä komentojen lataamisessa muotoa vaihtamalla ;
  • Vaihto ennen monimutkaisten loogisten operaatioiden suorittamista, esimerkiksi ;
  • Aritmeettiset, loogiset ja sykliset siirrot vastaavien komentojen suorittamisen aikana.
Postshifter-toiminnot
  • Skaalaa tuloksia muistiin tallennettaessa. Samaan aikaan akun sisältö (päätoiminnon tulos) pysyy muuttumattomana;
  • Merkin laajennusbittien poistaminen;
  • Normalisointi;
  • Saman järjestyksen valinta.
Osoitteiden luontilaitteet Syklien laitteistojärjestely

ALU

ALU on prosessoriyksikkö, joka käskydekooderin ohjauksessa suorittaa datalle aritmeettisia ja loogisia muunnoksia, joita tässä tapauksessa kutsutaan operandeiksi. Operandien bittileveyttä kutsutaan yleensä konesanan kooksi.

Rekisterit

Akku

Akku on rekisteri, joka on suunniteltu tallentamaan toimintojen tulokset. Monen DSP:n arkkitehtuurissa on kaksi akkua, mikä mahdollistaa välitulosten tallentamista vaativien toimintojen suorittamisen nopeuttamisen. Teknisesti akku voi koostua useista rekistereistä [2] :

  • EXT - laajennusrekisteri;
  • MSP - korkea sanarekisteri;
  • LSP - matala sanarekisteri.

EXT-rekisterin läsnäolon avulla voit lisätä välitulosten laskennan tarkkuutta sekä lisätä arvojen tallennusaluetta, jotka eivät johda ylivuotoon. Kun akun arvo on tallennettu muistisoluun tai tavalliseen rekisteriin, sen arvo pyöristetään kyseisen solun tai rekisterin vakioleveyteen. Toisaalta EXT-rekisterin sisältö voidaan tarvittaessa tallentaa erikseen.

Osoitusmenetelmät

Prosessori tukee suoraa osoitusta, inkrementtiä edeltävää ja jälkeen lisättyä epäsuoraa osoitusta sekä DSP-spesifisiä syklisiä osoitteita ja osoitebittien käänteisosoitteita.

DSP:iden luokittelu arkkitehtuurin mukaan

On syytä huomata, että alla annettu luokitus [2] on melko ehdollinen, koska teknisten ratkaisujen moninaisuus ei useinkaan salli kutakin tiettyä laitetta yksiselitteisesti liittää johonkin ilmoitetuista tyypeistä. Siksi seuraavaa tulisi käyttää mieluummin materiaalina DSP-arkkitehtuurin ominaisuuksien ymmärtämiseen kuin tuotteiden todelliseen luokitteluun.

On kätevää tarkastella DSP-arkkitehtuurin ominaisuuksia tietyn digitaalisen tietojenkäsittelyalgoritmin, esimerkiksi FIR-suodattimen , esimerkissä, jonka lähtösignaali voidaan kirjoittaa seuraavasti:

, missä

  •  — tulosignaalin lukemat;
  •  ovat suodatinkertoimet.

Kuten voit helposti nähdä, tuloksen laskeminen on klassinen esimerkki kertolaskuoperaation - MAC (Y := X + A × B) käyttämisestä .

Vakio-DSP:t

Kuvassa on kaksi vaihtoehtoa MAC-käskyn suorittamiseksi tavallisella DSP:llä. Ensimmäisessä versiossa molemmat operandit on tallennettu tietomuistiin, joten niiden hakeminen kestää kaksi jaksoa, eli n lisäyksen suoritusaika on 2n . Toisessa tapauksessa yksi operandeista on tallennettu ohjelmamuistiin, joten käsky suoritetaan yhdessä jaksossa ja silmukan kokonaissuoritusaika on yhtä suuri kuin n jaksoa (on selvennettävä, että todellisuudessa suoritettaessa yhden jakson aikana MAC on suoritettava erityisen silmukkakäskyn sisällä, jotta itse käskykoodia ei tarvitse hakea uudelleen, mikä vaatii ylimääräisen kellojakson). Tästä voidaan nähdä, että algoritmin tehokas toteutus vaatii ohjelmamuistin käyttöä tietojen tallentamiseen.

Yksi vaihtoehdoista, jonka avulla voit luopua ohjelmamuistin käytöstä tietojen tallentamiseen, on ns. "kaksiporttinen muisti", eli muisti, jossa on kaksi sarjaa tuloväyliä - kaksi osoite- ja dataväylää. Tämä arkkitehtuuri mahdollistaa samanaikaisen pääsyn kahteen osoitteeseen (niiden on kuitenkin oltava eri osoitettavissa lohkoissa). Tätä ratkaisua käytetään Motorolan (DSP56000) ja Lucentin (DSP1600) DSP:issä.

Tällä arkkitehtuurilla ainoa tapa parantaa suorituskykyä on lisätä kellotaajuutta.

Parannetut vakio-DSP:t

"Enhanced Standard DSP:t" käyttävät seuraavia rinnakkaisuuden parannustekniikoita parantaakseen järjestelmän suorituskykyä tavallisiin DSP:ihin verrattuna:

  • Käyttö- ja laskentalaitteiden määrän lisääminen;
  • Erikoissuorittimien käyttöönotto;
  • Väylän laajennus siirrettävän tiedon määrän lisäämiseksi;
  • Muistin käyttö moninkertaisella pääsyllä (useita pääsyä jaksoa kohti);
  • Komentojärjestelmän monimutkaisuus;

Monet näistä menetelmistä ovat olleet käytössä ensimmäisistä prosessoreista lähtien, joten usein on mahdotonta luokitella niitä yksiselitteisesti "standardiksi" tai "parannetuiksi".

Kuvassa on esimerkki kahden rinnakkaisen MAC-komennon laskennan toteutuksesta. Tätä varten DSP sisältää kaksi MAC-moduulia ja kaksi akkua. MAC-lohkot vastaanottavat tietoja kolmelta väylältä samanaikaisesti, ja yksi arvoista on niille yhteinen. Näin ollen kaksi komentoa suoritetaan samanaikaisesti:

  • AK1 := AK1 + D1 × D2
  • AK2 := AK2 + D1 × D3

Esitetyn ratkaisun erikoisuus on, että monet DSP-algoritmit voidaan pelkistää kahden rinnakkaisen komennon suorittamiseen yhdellä yhteisellä tekijällä, esimerkiksi:

  • FIR-suodatin symmetrisillä kertoimilla. Suodatinkertoimia käytetään identtisinä tekijöinä ja kaksi erilaista signaalinäytesarjaa syötetään erillisiin väyliin, eli kaksi suodattimen puolikasta lasketaan rinnakkain, jotka sitten summataan.
  • Kaksikanavainen käsittely. Signaalinäytteet syötetään yhteiselle väylälle, ja kerroinsarjat syötetään erillisiin väyliin.

Jotkut prosessorit (Lucent DSP16xxx, ADI ADSP-2116x) käyttävät kahta identtistä ydintä, joista jokaisella on oma muisti, eli yksi käsky suoritetaan samanaikaisesti kahdessa ytimessä, joissa on eri dataa. Tällä kierretään täysin riippumattomien tietojen käyttöä koskeva rajoitus.

Tällaisten prosessorien tyypillisenä haittana voidaan pitää erittäin pätevän kehittäjän tarvetta, koska näiden ominaisuuksien tehokas käyttö edellyttää ohjelmointia kokoonpanokielellä, hyvää arkkitehtuurin ja komentojärjestelmän tuntemusta, eli näitä laitteita pidetään "epäystävällisinä". korkean tason kielille.

DSP VLIW-arkkitehtuurilla

Suurin ero VLIW -prosessorien välillä on, että käskykoodit kootaan suuriksi "superkäskyiksi" käännösvaiheessa ja suoritetaan rinnakkain. Tyypillisesti tällaiset prosessorit käyttävät RISC-arkkitehtuuria kiinteällä käskypituudella, jossa jokainen niistä suoritetaan erillisessä käyttöyksikössä. Tällaisten prosessorien ominaispiirteitä ovat:

  • Suuri joukko käyttömoduuleja, jotka toimivat toisistaan ​​riippumatta. Nämä moduulit voivat sisältää:
    • Aritmeettinen:
      • aritmeettisten operaatioiden ja vertailuoperaatioiden moduulit;
      • loogisten operaatioiden moduulit;
      • moduulit lukujen kertomiseen liukulukulla ja kiinteällä pisteellä;
      • jatkuvan sukupolven moduulit.
    • Osoitteiden luontimoduulit, mukaan lukien lineaarisia ja syklisiä puskureita varten;
  • Tarve optimoida kääntäjä kullekin prosessorimallille, koska laskentayksiköiden koostumus ja toiminnot voivat vaihdella mallien välillä, mikä merkitsee muutosta samanaikaisesti suoritettavien komentojen luettelossa;
  • Tarve ultraleveille dataväylille (noin 128 bittiä), jotta yksittäisistä komennoista (enintään 8) koostuva toimintakoodi voidaan saada muistista yhdellä puhelulla.
  • Korkeat vaatimukset ohjelmamuistin määrälle, mikä liittyy myös toiminnan suureen pituuteen.

Yleensä, jos prosessorissa on useita identtisiä moduuleja, niin ohjelmaa luotaessa assemblerissä voidaan määrittää vain tarvittavan käyttömoduulin tyyppi ja kääntäjä määrittää tietyn laitteen. Toisaalta tämä yksinkertaistaa tällaisten laitteiden ohjelmointia ja toisaalta mahdollistaa niiden resurssien käytön varsin tehokkaasti.

Superskalaarit DSP:t

Superskalaariprosessoreille on myös tunnusomaista suuri joukko rinnakkaisia ​​toimintayksiköitä ja kyky suorittaa useita käskyjä samanaikaisesti. VLIW:hen verrattuna niillä on kuitenkin kaksi keskeistä ominaisuutta:

  • Prosessorin käskyjä ei ole ryhmitelty lohkoihin, vaan jokainen niistä tulee prosessoriin itsenäisesti;
  • Rinnakkaissuoritusohjeet on ryhmitelty prosessorissa toimintalohkojen koostumuksen ja nykyisen työmäärän sekä tietojen välisen suhteen perusteella.

Kuvattua lähestymistapaa käyttämällä voit kiertää seuraavat VLIW:n haitat:

  • Tehoton muistin käyttö suuren ryhmän toiminnan pituuden vuoksi;
  • Käännetyn koodin riippuvuus tietyn prosessorin käyttömoduulien koostumuksesta.

Näiden ongelmien ratkaisemisen hinta on merkittävä komplikaatio prosessoripiirissä, jossa käskyjen suorittamisen ajoitusmoduuli ilmestyy.

Superskalaariprosessorit suunnittelevat käskyjen suorittamisen paitsi käyttölohkojen työmäärää koskevien tietojen perusteella myös datan välisten riippuvuuksien analyysin perusteella. Esimerkiksi käskyä tallentaa aritmeettisen operaation tulos ei voida suorittaa ennen itse laskentaoperaatiota, vaikka muistimoduuli olisi tällä hetkellä vapaana. Tämä ominaisuus johtaa muun muassa siihen, että samat käskyt voidaan suorittaa eri tavalla ohjelman eri paikoissa, mikä tekee mahdottomaksi arvioida suorituskykyä tarkasti. Tämä on erityisen tärkeää reaaliajassa toimiville järjestelmille, koska huonoin tulosluokitus johtaa siihen, että prosessoriresurssit jäävät käyttämättä. Täten näissä järjestelmissä superskalaari-DSP:iden suorituskyvyn tarkan arvioinnin ongelma jää avoimeksi.

Hybridi-DSP:t

Hybridi-DSP:t ymmärretään yleensä erikoislaitteiksi, joissa yhdistyvät mikro -ohjaimen ja digitaalisen signaaliprosessorin toiminnot. Tyypillisesti tällaiset tuotteet on suunniteltu suorittamaan yksi toiminto - esimerkiksi ohjata sähkömoottoreita tai muita esineitä reaaliajassa. Toinen laaja sovellusalue on äskettäin tullut matkapuhelintekniikka, jossa aiemmin käytettiin kahta prosessoria - yksi tavanomainen laitteen toimintojen ohjaamiseen (näyttö, näppäimistö) ja toinen äänisignaalien käsittelyyn (koodaus jne.).

DSP:n luokitus tarkoituksen mukaan

Yleisesti ottaen DSP voidaan jakaa kahteen ryhmään:

  • yleiskäyttöinen DSP;
  • Ongelmalähtöiset DSP:t.

"Ongelman suuntaus" ei yleensä tarkoita lisäkomentoja, vaan joukkoon sisäisiä erikoistuneita oheislaitteita. Esimerkiksi sähkömoottoreiden ohjaamiseen suunnitellut DSP:t voivat sisältää sirulla olevia PWM -signaaligeneraattoreita , teollisia LAN-ohjaimia jne. Puhesignaalien käsittelyyn käytetyt prosessorit sisältävät usein bitinkäsittelyyksiköitä (BMU) ja virheenkorjausapprosessoreja. Digitaaliset valokuva- ja videokamerat käyttävät DSP:itä, joissa on MPEG1, MPEG4, JPG, MP3, AAC jne. koodaus/dekoodausmoduulit.

DSP-ohjelmointi

DSP-ohjelmointiin käytetään yleensä yhtä kahdesta kielestä - assembly ja C. DSP-kokoonpanolaitteiden pääominaisuudet ovat samat kuin perinteisillä mikroprosessorikielillä , ja niitä voidaan yleisesti kuvata seuraavasti:

  • Kokoonpanokieli on konesuuntautunut, eli jokaisessa prosessoriperheessä on kieli, joka eroaa muiden perheiden kielestä;
  • Yksi konekielinen ohje vastaa yleensä yhtä konekielistä ohjetta;
  • Assemblerissa ohjelmoiessaan ohjelmoijalla on pääsy kaikkiin prosessorin ja järjestelmän resursseihin, mikä mahdollistaa niiden käytön mahdollisimman tehokkaasti;
  • Ohjelmoijalta edellytetään jokaisen työskentelyn kohteena olevan prosessorin arkkitehtuurin hyvää tuntemusta, eli henkilöstön vaaditun pätevyyden tulee olla riittävän korkea;
  • Ohjelmien luominen ja virheenkorjaus assemblerissä on pitkä ja työläs prosessi, joka vaatii myös korkeaa pätevyyttä.

Toisaalta keski- ja korkean tason kieliä, erityisesti C:tä, käytettäessä ohjelmien luomista voidaan yksinkertaistaa ja nopeuttaa merkittävästi, mutta järjestelmäresursseja käytetään vähemmän tehokkaasti kuin kokonaan assemblerillä kirjoitettu ohjelma.

Todellisuudessa käytetään yleensä lähestymistapaa, jossa yhdistyvät sekä korkean tason kielten edut että kokoonpanoohjelmien tehokkuus. Tämä ilmenee siinä, että standardikirjastot luodaan yleensä assemblerissä, samoin kuin koodin kriittiset osat suoritusajan ja muistin koon suhteen. Samalla voidaan luoda apumoduuleja korkeatasoisella kielellä, mikä nopeuttaa ja yksinkertaistaa ohjelmistojärjestelmän kehittämistä kokonaisuutena.

DSP-kokoonpanolaitteiden ominaisuudet

DSP-kokoonpanolaitteiden mielenkiintoisia ominaisuuksia ovat seuraavat:

  • Useiden komentojen kirjoittamisen kaksi muotoa - muistio ja algebrallinen . Muistomuoto on samanlainen kuin perinteisten mikroprosessorien komentojen kirjoittaminen, esimerkiksi ADD dst, src . Toista, algebrallista, käytetään harvemmin standardimikroprosessorien kokoajissa, kun taas DSP-kielessä mainittu komento voidaan kirjoittaa muodossa dst = dst + src . Yleensä DSP-asentajat ymmärtävät molemmat merkintämuodot, mutta esimerkiksi Analog Devices ja Lucent Technologies -asentajat käyttävät vain algebrallista merkintää.
  • Vakiorakenteiden organisointikeinot, esimerkiksi erityiset laitteistoohjeet yhden käskyn tai koodilohkon toistamiseen. Samaan aikaan, toisin kuin tavanomaisten prosessorien toistokomennot, DSP voi ohittaa toistuvan käskyn koodin hakujakson, mikä vähentää jokaisen toiston suoritusaikaa vähintään yhdellä väyläjaksolla, mikä kaksijaksoisella jaksolla. ohje, antaa kaksinkertaisen ajanvoiton.

Yhteensopivuus DSP-perheiden sisällä

Yleensä DSP:t valmistetaan perheissä, ja perheiden sisällä olevilla tuotteilla on samanlaiset kokoonpanokielet tai jopa yhteensopivuus konekooditasolla. Myös perheen sisällä käytetään yleensä samoja aliohjelmien kirjastoja. Perinteisten mikroprosessorien tapaan myös vanhemmat DSP-mallit voivat usein suorittaa alempien mallien konekoodia tai niiden kokoaja sisältää kaikki alempien mallien käskyt oman käskysarjansa osana.

Virheenkorjausohjelmat

Yleensä DSP:lle kirjoitettujen ohjelmien virheenkorjaus tehdään erikoistyökaluilla, mukaan lukien ohjelmistosimulaattorit ja emulaattorit . Ne sisältävät usein myös profilointityökaluja (koodilohkojen suoritusnopeuden mittaaminen).

Muistiinpanot

  1. ↑ Digitaaliset signaaliprosessorit: käsikirja. Alla. toim. A. G. Ostapenko, M., Radio ja viestintä, 1994.
  2. ↑ 1 2 3 Solonina A. I., Ulakhovich D. A., Yakovlev L. A. Digitaalisen signaalinkäsittelyn algoritmit ja prosessorit. - Pietari. : BHV-Petersburg, 2001. - 464 s. — ISBN 5-94157-065-1 .

Kirjallisuus

  • Solonina AI, Ulakhovich DA, Yakovlev LA Digitaalisen signaalinkäsittelyn algoritmit ja prosessorit. - Pietari. : BHV-Petersburg, 2001. - 464 s. — ISBN 5-94157-065-1 .
  • Digitaalisen signaalinkäsittelyn sovellus \ Ed. E. Openheim - MAAILMA, 1980.
  • Digitaaliset signaaliprosessorit. PC World, 5'93
  • Zilog digitaaliset signaaliprosessorit ja niiden sovellukset. CHIPNEWS, nro 2 (11) 1997
  • Markov. C. Digitaaliset signaaliprosessorit. Kirja 1. M .: Microart, 1996