DSP yongası nedir?
DSP yongası olarak da bilinen dijital sinyal işlemcisi, dijital sinyal işleme işlemleri için özel olarak tasarlanmış bir mikroişlemci araçtır. Ana işlevi, çeşitli dijital sinyal işleme algoritmalarının gerçek zamanlı ve hızlı bir şekilde uygulanmasını sağlamaktır.
DSP yongaları nasıl çalışır?
Dijital sinyal işlemcisinin yapısı, program belleği ile veri belleğini birbirinden ayıran Harvard mimarisini kullanır. Tek komut akışı, çoklu veri akışı (SIMD) işlemleri için özel komut seti bulunur. Paralel işleme mümkündür, ancak çoklu görev desteği yoktur. Bir ana bilgisayar ortamında kullanıldığında, doğrudan bellek erişimi (DMA) aygıtı olarak kullanılabilir.
Veriler bir analog-dijital dönüştürücüden (ADC) alınır ve nihai çıktı, bir dijital-analog dönüştürücü (DAC) tarafından analog sinyale dönüştürülen verilerdir.
Bir komut döngüsünde bir veya daha fazla çarpma ve biriktirme (MAC) işlemi gerçekleştirebilir. Bu nedenle, paralel çarpma ve biriktirme işlemlerini gerçekleştirebilen birden fazla çarpma ve biriktirme işlem birimi DSP'ye entegre edilmiştir.
Bellekten birden fazla okuma işlemi tek bir komut döngüsünde gerçekleştirilebilir. Bu nedenle, birden fazla yonga içi veri yolu ve çok portlu yonga içi bellekler DSP ile entegre edilmiştir. İşlemcideki işlemleri hızlandırmak için, döngüsel adresleme ve bit çevirmeli adreslemeyi desteklemek üzere birden fazla adres oluşturma birimi DSP'ye entegre edilmiştir. İşlemcideki işlemlerin çoğu tekrarlayan işlemlerdir.
Kullanım kolaylığı için, çoğu DSP, tekrarlayan işlemler için ek komutlar yazmaya gerek kalmadan bu tekrarlayan işlemleri destekler. Çoğu DSP, çoklu seri veya paralel G/Ç arabirimlerinin yanı sıra özel verileri işlemek için özel G/Ç arabirimleri de sağlar, böylece maliyeti düşürür ve giriş/çıkış performansını artırır.
DSP yongası nasıl seçilir?
Bilgilerin giriş kısmına göre, dijital sinyal işlemcisinin seçiminde aşağıdaki ilkeler geçerlidir; bunlar şöyle özetlenebilir:
1. Algoritma biçimi
Sabit nokta algoritmalarının dinamik aralığı daha dardır. Örneğin, 16 bitlik bir sabit nokta algoritmasının dinamik aralığı yalnızca 96 dB’dir; bu da taşma sorunlarına yol açabilir, ancak maliyet ve güç tüketimi düşüktür. Bu nedenle DSP’lerin çoğu sabit noktalıdır (yaklaşık %67). Kayan nokta aritmetiği geniş bir dinamik aralığa sahiptir; örneğin, 32 bitlik kayan nokta aritmetiğinin dinamik aralığı 1536 dB'dir. İşlem hızı sabit noktadan çok daha yüksektir ve veri yolu genişliği sabit noktadan daha geniştir. Programlama daha kolaydır, ancak maliyeti daha yüksektir ve daha fazla güç tüketir. Kayan noktalı dijital sinyal işlemcileri çoğunlukla üst düzey ürünlerde kullanılır.
2. Veri genişliği
Tüm kayan noktalı DSP'ler 32 bit genişliğindedir; sabit noktalı DSP'ler ise çoğunlukla 16 bit genişliğindedir, ancak Motorola'nın DSP563xx serisi ve Zoran'ın ZR3800 serisi (her ikisi de 20 bit) gibi 24 bit genişliğinde olanlar da mevcuttur. Veri genişliği, DSP yongasının boyutunu, paket pim sayısını ve çevresel belleğin kapasitesini doğrudan etkiler, dolayısıyla DSP'nin maliyetini de doğrudan etkiler.
3. Koşma Hızı
Bir DSP seçerken hız en önemli kriterdir. Bir DSP’nin hızı genellikle komut döngü süresiyle ifade edilir, ancak aynı zamanda FIR veya IIR filtreleri gibi temel işlevlerin hesaplama süresini de ifade eder. Bazı DSP’ler, tek bir döngüde birden fazla komutu yürütebilen çok geniş komut kelimesi (VLIW) yapısını kullanır. Bu, saatin çalışma frekansı ile yakından ilgilidir.
4. Bellek yapısı
Bellek yapısı (veriyolu yapısı dahil), DSP’nin performansı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Bir yandan, işlemler gerçekleştirilirken veri ve komutların okunma hızı, kullanılan yönteme göre değişiklik gösterir. Hızlı MAC işlemi için bir komut döngüsünde bir komut ve iki veri okunur. Yapı, çok portlu bir bellek, komutlar ve veriler için ayrı bellekler veya bir komut tamponu olabilir. Öte yandan, bellek yapısı aynı zamanda yonga üzerinde ve yonga dışında desteklenen bellek boyutunu da içerir. Çoğu sabit nokta DSP'si gömülü sistem pazarını hedeflediğinden, bellekleri küçüktür. Bazı kayan nokta DSP'leri daha küçük yonga üstü belleğe sahip olsa da, TI'nin TMS320C30'u gibi daha büyük çevresel bellek gerektirirler.
5. Güç tüketimi
Cep telefonları, el bilgisayarları ve taşınabilir müzik çalarlar gibi taşınabilir cihazlarda çok sayıda DSP kullanılmaktadır. Güç tüketimi, bu ürünler için en önemli hususlardan biridir. Birçok işlemci üreticisi, çalışma gerilimlerini düşürmüş (ör. 3,3 V, 2,5 V, 1,8 V) ve kullanılmadığında güç tüketiminin büyük bir kısmını kesen "uyku modu" gibi güç kaynağı gerilimi yönetim özellikleri eklemiştir. Böylece enerji tüketimi azaltılmaktadır.
6. Programlaması kolay
DSP'nin hedef kullanıcı kitlesi temel olarak mühendislik teknisyenleri ve mühendislerdir. İlk dijital sinyal işlemcileri assembler dilinde programlanıyordu; daha sonraki ürünler ise C dilinde yazılabilse de, hesaplama süresini kısaltmak için bir C derleyicisi tarafından assembler dilinde kaynak programlara derlenmeleri ve optimize edilmeleri gerekiyordu. DSP üreticileri genellikle geliştirme araçları sunmaktadır. Ancak farklı şirketlerin DSP ürünleri, yazılım programlama açısından büyük farklılıklar göstermektedir. Bu nedenle, kullanıcılar kendilerine daha aşina oldukları bir geliştirme aracını seçmelidir. Bu araçlar arasında assembler dili programları, bağlayıcılar, simülatörler, hata ayıklayıcılar, derleyiciler, kod kütüphaneleri, gerçek zamanlı işletim sistemleri gibi yazılım araçları ile geliştirme kartları, emülatörler gibi donanım araçları bulunur.
7. Fiyat
Maliyet, seri üretimde de dikkate alınması gereken önemli bir unsurdur. Cihazın ambalajı da yonga maliyetini etkiler. Grid array (PGA) ambalajı, plastik ambalajlı PQFP ve TQEP'ye göre daha pahalıdır.
8. Birden fazla işlemciyi destekleyip desteklememe
Özellikle yüksek hızda hesaplamalar gerekiyorsa, birden fazla işlemciyi paralel olarak çalıştırmak mümkündür. Bu noktada, her bir işlemcinin dahili bağlantıları önemli bir konu haline gelebilir. Analog Devices’ın ADSP-2106x modeli, bu amaç için özel donanım sunar. Bu model, çift yönlü adres ve veri veriyollarına sahiptir ve altı adet çift yönlü veriyolu ile çalışır. Ortak bir harici veriyolu aracılığıyla bir sisteme en fazla altı işlemciyi bağlamak kolaydır.
