Cos'è un chip DSP?
Un processore di segnale digitale, noto anche come chip DSP, è uno strumento a microprocessore particolarmente adatto per le operazioni di elaborazione del segnale digitale. La sua applicazione principale è l’implementazione in tempo reale e veloce di vari algoritmi di elaborazione del segnale digitale.
Come funzionano i chip DSP?
La funzione del processore di segnale digitale utilizza l’architettura Harvard, che separa la memoria del programma e la memoria dei dati. Set di istruzioni speciali per operazioni SIMD (Single Instruction, Multiple Data). L’elaborazione parallela è possibile, ma il multitasking non è supportato. Quando utilizzato in un ambiente host, può essere utilizzato come dispositivo di accesso diretto alla memoria (DMA).
I dati vengono ottenuti da un convertitore analogico-digitale (ADC), e l’output finale sono i dati convertiti in un segnale analogico da un convertitore digitale-analogico (DAC).
Capace di implementare una o più operazioni di moltiplicazione e accumulo (MAC) in un ciclo di istruzioni. Pertanto, più unità di operazione di moltiplicazione e accumulo sono integrate nel DSP, che può eseguire operazioni di moltiplicazione e accumulo parallele.
È possibile eseguire più letture dalla memoria in un ciclo di istruzioni. Pertanto, più bus on-chip e memorie on-chip multi-porta sono integrati con il DSP. Per accelerare le operazioni nel processore, più unità di generazione degli indirizzi sono integrate nel DSP per supportare l’indirizzamento circolare e l’indirizzamento a bit invertito. La maggior parte delle operazioni in un processore sono operazioni ripetitive.
Per facilità d’uso, la maggior parte dei DSP supporta questa operazione ripetitiva senza scrivere istruzioni aggiuntive per l’operazione ripetitiva. La maggior parte dei DSP fornisce più interfacce I/O seriali o parallele, nonché interfacce I/O speciali per gestire dati speciali, riducendo così i costi e migliorando le prestazioni di input/output.
Come scegliere un chip DSP?
Sulla base dell’introduzione delle informazioni, la selezione del processore di segnale digitale ha i seguenti principi, che sono riassunti come segue:
1. Formato algoritmo
Gli algoritmi a punto fisso hanno un intervallo dinamico più piccolo. Ad esempio, l’intervallo dinamico di un algoritmo a punto fisso a 16 bit è solo di 96 dB, che è soggetto a problemi di overflow, ma ha un costo basso e un basso consumo energetico. Quindi la maggior parte dei DSP sono a punto fisso, circa il 67%. L’aritmetica a virgola mobile ha un ampio intervallo dinamico, come l’aritmetica a virgola mobile a 32 bit, che ha un intervallo dinamico di 1536 dB. La velocità di elaborazione è molto più alta del punto fisso e la larghezza del bus è più ampia del punto fisso. La programmazione è più semplice, ma costa di più e consuma più energia. I processori di segnale digitale a virgola mobile sono utilizzati principalmente in prodotti di fascia alta.
2. Larghezza dei dati
Tutti i DSP a virgola mobile sono larghi 32 bit, mentre i DSP a punto fisso sono per lo più larghi 16 bit, ma anche 24 bit, come la serie Motorola DSP563xx. e la serie Zoran ZR3800 (entrambe 20 bit). La larghezza dei dati influisce direttamente sulle dimensioni del chip DSP, sul numero di pin del package e sulla capacità della memoria periferica, quindi influisce direttamente sul costo del DSP.
3. Velocità di esecuzione
Quando si sceglie un DSP, la velocità è la considerazione più importante. La velocità di un DSP è solitamente il tempo dei cicli di istruzione, ma si riferisce anche al tempo di calcolo delle funzioni principali come i filtri FIR o IIR. Alcuni DSP utilizzano una struttura VLIW (Very Large Instruction Word) che può eseguire più istruzioni in un ciclo. È strettamente correlato alla frequenza operativa dell’orologio.
4. Struttura della memoria
La struttura della memoria (inclusa la struttura del bus) ha una grande influenza sulle prestazioni del DSP. Da un lato, diversi metodi hanno velocità diverse su come leggere dati e istruzioni durante l’esecuzione delle operazioni. Leggi un’istruzione e due elementi di dati in un ciclo di istruzioni per un’operazione MAC veloce. La struttura può essere una memoria multi-porta, una memoria separata per istruzioni e dati o un buffer di istruzioni. D’altra parte, la struttura della memoria include anche la dimensione della memoria supportata su chip e fuori chip. La maggior parte dei DSP a virgola fissa sono destinati al mercato dei sistemi embedded, quindi la loro memoria è piccola. Sebbene alcuni DSP a virgola mobile abbiano una memoria su chip più piccola, richiedono una memoria periferica più grande, come il TMS320C30 di TI.
5. Consumo energetico
Molti DSP sono utilizzati in dispositivi portatili come telefoni cellulari, PDA e lettori audio portatili. Il consumo energetico è una considerazione importante per questi prodotti. Molti produttori di processori hanno ridotto le tensioni operative (ad esempio 3,3 V, 2,5 V, 1,8 V) e aggiunto funzionalità di gestione della tensione di alimentazione come l’aggiunta di una “modalità sleep” che interrompe la maggior parte dell’alimentazione quando non è in uso e apparecchiature periferiche inutilizzate. Riduci il consumo di energia.
6. Facile da programmare
Gli oggetti applicativi del DSP sono principalmente tecnici ingegneri e ingegneri. I primi processori di segnali digitali erano programmati in linguaggio assembly e i prodotti successivi potevano essere scritti in C, ma dovevano essere compilati in programmi sorgente in linguaggio assembly da un compilatore C e ottimizzati per ridurre il tempo di calcolo. I fornitori di DSP forniscono spesso strumenti di sviluppo. Ma i prodotti DSP di diverse aziende differiscono notevolmente nella programmazione software. Pertanto, gli utenti dovrebbero scegliere uno strumento di sviluppo con cui hanno più familiarità. Questi strumenti includono strumenti software come programmi in linguaggio assembly, linker, simulatori, debugger, compilatori, librerie di codice, sistemi operativi in tempo reale, ecc. Strumenti hardware come schede di sviluppo, emulatori, ecc.
7. Prezzo
Il costo è anche una considerazione importante nella produzione di massa. Il confezionamento del dispositivo influisce anche sul costo del chip. Il confezionamento a matrice a griglia (PGA) è più costoso del confezionamento in plastica PQFP e TQEP.
8. Se supporta più processori
Se sono necessari calcoli particolarmente veloci, è possibile utilizzare più processori per lavorare in parallelo. A questo punto, le connessioni interne di ciascun processore possono essere un problema importante. L’ADSP-2106x di Analog Devices fornisce hardware dedicato. Ha un bus di indirizzi e dati bidirezionale e funziona con sei bus bidirezionali. È facile collegare fino a sei processori a un sistema tramite un bus esterno comune.
