O que é um chip DSP?
Um processador de sinal digital, também conhecido como chip DSP, é uma ferramenta de microprocessador especialmente adequada para operações de processamento de sinal digital. Sua aplicação principal é a implementação rápida e em tempo real de vários algoritmos de processamento de sinal digital.
Como funcionam os chips DSP?
A função do processador de sinal digital utiliza a arquitetura Harvard, que separa a memória do programa e a memória de dados. Conjunto de instruções especiais para operações de fluxo único de instruções e múltiplos fluxos de dados (SIMD). O processamento paralelo é possível, mas a multitarefa não é suportada. Quando utilizado num ambiente host, pode ser utilizado como um dispositivo de acesso direto à memória (DMA).
Os dados são obtidos a partir de um conversor analógico-digital (ADC) e a saída final são os dados convertidos em um sinal analógico por um conversor digital-analógico (DAC).
Capaz de implementar uma ou mais operações de multiplicação e acumulação (MAC) em um ciclo de instrução. Portanto, várias unidades de operação de multiplicação e acumulação são integradas ao DSP, que pode realizar operações paralelas de multiplicação e acumulação.
Várias leituras da memória podem ser realizadas em um ciclo de instrução. Portanto, vários barramentos no chip e memórias multiportas no chip são integrados ao DSP. Para acelerar as operações no processador, várias unidades de geração de endereço são integradas ao DSP para oferecer suporte a endereçamento circular e endereçamento com inversão de bits. A maioria das operações em um processador são operações repetitivas.
Para facilitar o uso, a maioria dos DSPs suporta essa operação repetitiva sem escrever instruções adicionais para a operação repetitiva. A maioria dos DSPs fornece múltiplas interfaces de E/S seriais ou paralelas, bem como interfaces de E/S especiais para lidar com dados especiais, reduzindo assim o custo e melhorando o desempenho de saída/entrada.
Como escolher um chip DSP?
Com base na introdução das informações, a seleção do processador de sinal digital segue os seguintes princípios, que podem ser resumidos da seguinte forma:
1. Formato do algoritmo
Os algoritmos de ponto fixo têm uma faixa dinâmica menor. Por exemplo, a faixa dinâmica de um algoritmo de ponto fixo de 16 bits é de apenas 96 dB, o que é propenso a problemas de estouro, mas tem baixo custo e baixo consumo de energia. Portanto, a maioria dos DSPs são de ponto fixo, cerca de 67%. A aritmética de ponto flutuante tem uma grande faixa dinâmica, como a aritmética de ponto flutuante de 32 bits, que tem uma faixa dinâmica de 1536dB. A velocidade de processamento é muito maior do que a de ponto fixo, e a largura do barramento é maior do que a de ponto fixo. A programação é mais fácil, mas custa mais e consome mais energia. Os processadores de sinal digital de ponto flutuante são usados principalmente em produtos de alta tecnologia.
2. Largura dos dados
Todos os DSPs de ponto flutuante têm 32 bits de largura, enquanto os DSPs de ponto fixo têm, na sua maioria, 16 bits de largura, mas também 24 bits, como a série DSP563xx da Motorola e a série ZR3800 da Zoran (ambas com 20 bits). A largura dos dados afeta diretamente o tamanho do chip DSP, o número de pinos do pacote e a capacidade da memória periférica, portanto, afeta diretamente o custo do DSP.
3. Velocidade de corrida
Ao escolher um DSP, a velocidade é a consideração mais importante. A velocidade de um DSP é geralmente o tempo dos ciclos de instrução, mas também se refere ao tempo de computação de funções essenciais, como filtros FIR ou IIR. Alguns DSPs usam uma estrutura de palavra de instrução muito grande (VLIW) que pode executar várias instruções em um ciclo. Isso está intimamente relacionado à frequência de operação do relógio.
4. Estrutura da memória
A estrutura da memória (incluindo a estrutura do barramento) tem uma grande influência no desempenho do DSP. Por um lado, diferentes métodos têm velocidades diferentes na forma de ler dados e instruções durante a execução de operações. Leia uma instrução e dois dados em um ciclo de instrução para uma operação MAC rápida. A estrutura pode ser uma memória multiportas, memória separada para instruções e dados ou um buffer de instruções. Por outro lado, a estrutura da memória também inclui o tamanho da memória suportada no chip e fora do chip. A maioria dos DSPs de ponto fixo tem como alvo o mercado de sistemas embarcados, portanto, sua memória é pequena. Embora alguns DSPs de ponto flutuante tenham memória no chip menor, eles exigem memória periférica maior, como o TMS320C30 da TI.
5. Consumo de energia
Muitos DSPs são usados em dispositivos portáteis, como telefones celulares, PDAs e reprodutores de áudio portáteis. O consumo de energia é uma consideração importante para esses produtos. Muitos fornecedores de processadores reduziram as tensões operacionais (por exemplo, 3,3 V, 2,5 V, 1,8 V) e adicionaram recursos de gerenciamento de tensão de alimentação, como a adição de um "modo de suspensão" que corta a maior parte da energia quando não está em uso e equipamentos periféricos não utilizados. Reduza o consumo de energia.
6. Fácil de programar
Os objetos de aplicação do DSP são principalmente técnicos de engenharia e engenheiros. Os primeiros processadores de sinal digital eram programados em linguagem assembly, e os produtos posteriores podiam ser escritos em C, mas tinham que ser compilados em programas fonte em linguagem assembly por um compilador C e otimizados para reduzir o tempo de computação. Os fornecedores de DSP geralmente fornecem ferramentas de desenvolvimento. Mas os produtos DSP de diferentes empresas diferem muito na programação de software. Portanto, os usuários devem escolher uma ferramenta de desenvolvimento com a qual estejam mais familiarizados. Essas ferramentas incluem ferramentas de software, como programas em linguagem assembly, vinculadores, simuladores, depuradores, compiladores, bibliotecas de código, sistemas operacionais em tempo real, etc. Ferramentas de hardware, como placas de desenvolvimento, emuladores, etc.
7. Preço
O custo também é uma consideração importante na produção em massa. A embalagem do dispositivo também afeta o custo do chip. A embalagem em matriz de grade (PGA) é mais cara do que as embalagens plásticas PQFP e TQEP.
8. Se deve suportar múltiplos processadores
Se forem necessários cálculos particularmente rápidos, podem ser utilizados vários processadores para trabalhar em paralelo. Nesse caso, as conexões internas de cada processador podem ser uma questão importante. O ADSP-2106x da Analog Devices fornece hardware dedicado. Ele possui um barramento de endereço bidirecional e um barramento de dados e funciona com seis barramentos bidirecionais. É fácil conectar até seis processadores em um sistema por meio de um barramento externo comum.
