Apa itu Chip DSP?
Prosesor sinyal digital, yang juga dikenal sebagai chip DSP, adalah perangkat mikroprosesor yang dirancang khusus untuk operasi pemrosesan sinyal digital. Fungsi utamanya adalah untuk menerapkan berbagai algoritma pemrosesan sinyal digital secara real-time dan dengan kecepatan tinggi.
Bagaimana Cara Kerja Chip DSP?
Prosesor sinyal digital ini menggunakan arsitektur Harvard, yang memisahkan memori program dan memori data. Prosesor ini dilengkapi dengan rangkaian instruksi khusus untuk operasi single instruction stream, multiple data stream (SIMD). Pemrosesan paralel dimungkinkan, namun multitasking tidak didukung. Saat digunakan dalam lingkungan host, perangkat ini dapat berfungsi sebagai perangkat akses memori langsung (DMA).
Data diperoleh dari konverter analog-ke-digital (ADC), dan keluaran akhirnya adalah data yang dikonversi menjadi sinyal analog oleh konverter digital-ke-analog (DAC).
Mampu melaksanakan satu atau lebih operasi perkalian dan akumulasi (MAC) dalam satu siklus instruksi. Oleh karena itu, beberapa unit operasi perkalian dan akumulasi terintegrasi ke dalam DSP, yang dapat melakukan operasi perkalian dan akumulasi secara paralel.
Pembacaan data dari memori dapat dilakukan dalam satu siklus instruksi. Oleh karena itu, beberapa bus on-chip dan memori on-chip multi-port terintegrasi dengan DSP. Untuk mempercepat operasi di dalam prosesor, beberapa unit pembangkitan alamat terintegrasi ke dalam DSP untuk mendukung alamat sirkular dan alamat bit terbalik. Sebagian besar operasi di dalam prosesor adalah operasi berulang.
Untuk kemudahan penggunaan, sebagian besar DSP mendukung operasi berulang ini tanpa perlu menulis instruksi tambahan untuk operasi berulang tersebut. Sebagian besar DSP menyediakan beberapa antarmuka I/O serial atau paralel, serta antarmuka I/O khusus untuk menangani data khusus, sehingga mengurangi biaya dan meningkatkan kinerja input/output.
Bagaimana Cara Memilih Chip DSP?
Berdasarkan uraian di atas, pemilihan prosesor sinyal digital didasarkan pada prinsip-prinsip berikut, yang dapat dirangkum sebagai berikut:
1. Format algoritma
Algoritma bilangan tetap memiliki rentang dinamis yang lebih kecil. Misalnya, rentang dinamis algoritma bilangan tetap 16-bit hanya 96dB, yang rentan terhadap masalah overflow, tetapi memiliki biaya rendah dan konsumsi daya yang rendah. Oleh karena itu, sebagian besar DSP menggunakan bilangan tetap, sekitar 67%. Aritmatika floating-point memiliki rentang dinamis yang besar, seperti aritmatika floating-point 32-bit, yang memiliki rentang dinamis sebesar 1536dB. Kecepatan pemrosesannya jauh lebih tinggi daripada fixed-point, dan lebar busnya lebih lebar daripada fixed-point. Pemrogramannya lebih mudah, tetapi biayanya lebih mahal dan konsumsi dayanya lebih besar. Prosesor sinyal digital floating-point terutama digunakan pada produk-produk kelas atas.
2. Lebar data
Semua DSP bilangan floating-point memiliki lebar 32-bit, sedangkan DSP bilangan tetap umumnya memiliki lebar 16-bit, namun ada juga yang 24-bit, seperti seri DSP563xx dari Motorola dan seri ZR3800 dari Zoran (keduanya 20-bit). Lebar data secara langsung memengaruhi ukuran chip DSP, jumlah pin pada kemasan, dan kapasitas memori periferal, sehingga secara langsung memengaruhi biaya DSP.
3. Kecepatan Lari
Dalam memilih DSP, kecepatan merupakan faktor terpenting yang harus dipertimbangkan. Kecepatan DSP biasanya diukur berdasarkan waktu siklus instruksi, namun juga mencakup waktu komputasi fungsi inti seperti filter FIR atau IIR. Beberapa DSP menggunakan struktur kata instruksi sangat besar (VLIW) yang mampu mengeksekusi beberapa instruksi dalam satu siklus. Hal ini sangat berkaitan dengan frekuensi operasi jam.
4. Struktur memori
Struktur memori (termasuk struktur bus) memiliki pengaruh besar terhadap kinerja DSP. Di satu sisi, metode yang berbeda memiliki kecepatan yang berbeda dalam membaca data dan instruksi saat melakukan operasi. Membaca satu instruksi dan dua bagian data dalam satu siklus instruksi untuk operasi MAC yang cepat. Struktur tersebut dapat berupa memori multi-port, memori terpisah untuk instruksi dan data, atau buffer instruksi. Di sisi lain, struktur memori juga mencakup ukuran memori yang didukung pada chip dan di luar chip. Sebagian besar DSP titik tetap menargetkan pasar sistem tertanam, sehingga memori mereka berukuran kecil. Meskipun beberapa DSP titik apung memiliki memori pada chip yang lebih kecil, mereka memerlukan memori periferal yang lebih besar, seperti TMS320C30 dari TI.
5. Konsumsi daya
Banyak DSP digunakan pada perangkat portabel seperti ponsel, PDA, dan pemutar audio portabel. Konsumsi daya merupakan pertimbangan utama dalam produk-produk ini. Banyak produsen prosesor telah menurunkan tegangan operasi (misalnya 3,3 V, 2,5 V, 1,8 V) dan menambahkan fitur pengelolaan tegangan catu daya, seperti "mode tidur" yang mematikan sebagian besar aliran daya saat perangkat tidak digunakan dan peralatan periferal yang tidak terpakai. Hal ini bertujuan untuk mengurangi konsumsi energi.
6. Mudah diprogram
Pengguna utama DSP adalah teknisi teknik dan insinyur. Prosesor sinyal digital generasi awal diprogram menggunakan bahasa assembly, sedangkan produk-produk selanjutnya dapat ditulis dalam bahasa C, namun harus dikompilasi menjadi program sumber bahasa assembly oleh kompiler C dan dioptimalkan untuk mengurangi waktu komputasi. Vendor DSP sering kali menyediakan alat pengembangan. Namun, produk DSP dari berbagai perusahaan memiliki perbedaan yang signifikan dalam hal pemrograman perangkat lunak. Oleh karena itu, pengguna sebaiknya memilih alat pengembangan yang lebih mereka kuasai. Alat-alat ini mencakup alat perangkat lunak seperti program bahasa assembly, linker, simulator, debugger, kompiler, perpustakaan kode, sistem operasi waktu nyata, dll. Alat perangkat keras seperti papan pengembangan, emulator, dll.
7. Harga
Biaya juga menjadi pertimbangan penting dalam produksi massal. Kemasan perangkat juga memengaruhi biaya chip. Kemasan grid array (PGA) lebih mahal daripada kemasan plastik PQFP dan TQEP.
8. Apakah akan mendukung beberapa prosesor
Jika diperlukan perhitungan yang sangat cepat, beberapa prosesor dapat digunakan untuk bekerja secara paralel. Dalam hal ini, koneksi internal masing-masing prosesor dapat menjadi masalah penting. ADSP-2106x dari Analog Devices menyediakan perangkat keras khusus. Perangkat ini dilengkapi dengan bus alamat dan bus data dua arah serta beroperasi dengan enam bus dua arah. Sangat mudah untuk menghubungkan hingga enam prosesor ke dalam sebuah sistem melalui bus eksternal bersama.
