1. L-istorja tal-iżvilupp tad-DSP
Il-pedament tal-informatizzazzjoni huwa d-diġitizzazzjoni. Waħda mit-teknoloġiji ewlenin tad-diġitizzazzjoni hija l-ipproċessar tas-sinjal diġitali. Il-kompitu tal-ipproċessar tas-sinjal diġitali jeħtieġ li jitlesta minn apparat DSP fil-biċċa l-kbira. It-teknoloġija DSP saret teknoloġija avvanzata li n-nies qed jagħtu aktar u aktar attenzjoni u qed jiksbu żvilupp mgħaġġel. DSP jista 'joqgħod għal Proċessur ta' Sinjal Diġitali (Proċessur ta 'Sinjal Diġitali) jew Ipproċessar ta' Sinjal Diġitali (Ipproċessar ta 'Sinjal Diġitali). Din tal-aħħar hija teknoloġija teoretika, u tal-ewwel trid tinbidel fi prodott attwali. Il-kombinazzjoni tat-tnejn issir mezz biex issolvi ċerta problema prattika u tirrealizza ċertu programm, jiġifieri, is-soluzzjoni għall-ipproċessar tas-sinjal diġitali (DSPS). Dan l-artikolu jiffoka fuq l-ewwel interpretazzjoni tal-proċessur tas-sinjal diġitali DSP. DSP huwa proċessur iddedikat li jwettaq ipproċessar ta 'veloċità għolja f'ħin reali wara li s-sinjal analogu jiġi kkonvertit f'sinjal diġitali. Il-veloċità tal-ipproċessar tagħha hija 10-50 darba aktar mgħaġġla mill-iktar CPU mgħaġġel. Fl-era diġitali tal-lum, id-DSP sar apparat bażiku f'oqsma bħall-komunikazzjonijiet, il-kompjuters, u l-elettronika għall-konsumatur. Insiders ta 'l-industrija jbassru li DSP se jkun il-prodott elettroniku li qed jikber malajr f'ċirkwiti integrati fil-futur, u se jsir fattur deċiżiv fl-aġġornament ta' prodotti elettroniċi.
Qabel il-miġja tad-DSP, l-ipproċessar tas-sinjal diġitali seta 'jsir biss mill-MPU (mikroproċessur). Iżda l-veloċità ta 'proċessar aktar baxxa ta' MPU ma tistax tissodisfa r-rekwiżiti ta 'veloċità għolja f'ħin reali. Għalhekk, fis-snin sebgħin, xi ħadd ippropona l-bażi tat-teorija u l-algoritmu tad-DSP. U d-DSP jibqa 'biss fil-ktieb tat-test, anke s-sistema żviluppata tad-DSP hija magħmula minn komponenti diskreti, u l-qasam ta' applikazzjoni tagħha huwa limitat għas-setturi militari u ta 'l-avjazzjoni.
Bl-iżvilupp ta 'teknoloġija ta' ċirkwit integrat fuq skala kbira, l-ewwel ċippa DSP tad-dinja twieldet fl-1982. Dan l-apparat DSP huwa magħmul minn teknoloġija NMOS ta 'proċess ta' mikron. Għalkemm il-konsum tal-enerġija u d-daqs huma kemmxejn akbar, il-veloċità tal-kalkolu hija għexieren ta 'drabi aktar mgħaġġla mill-MPU, u tintuża ħafna fis-sinteżi tad-diskors u fil-codec. Il-miġja taċ-ċipep DSP timmarka pass kbir 'il quddiem għas-sistemi ta' applikazzjoni DSP minn sistemi fuq skala kbira għal minjaturizzazzjoni. Bil-progress u l-iżvilupp tat-teknoloġija CMOS, inħolqot it-tieni ġenerazzjoni ta 'ċipep DSP ibbażati fuq teknoloġija CMOS, u l-kapaċità tal-ħażna u l-veloċità tal-kompjuters tagħha ġew irduppjati, u saru l-pedament tal-ipproċessar tal-vuċi u tat-teknoloġija tal-ipproċessar tal-ħardwer tal-immaġni. Fl-aħħar tas-snin 1980, iċ-ċippa DSP tat-tielet ġenerazzjoni ħarġet, u l-veloċità tal-informatika tjiebet aktar, u l-firxa ta ’applikazzjoni tagħha ġiet estiża gradwalment għall-oqsma tal-komunikazzjonijiet u l-kompjuters.
Id-DSP żviluppa l-iktar malajr fl-1990, u r-raba ’u l-ħames ġenerazzjonijiet ta’ apparat DSP dehru wara xulxin. Id-DSP attwali jappartjeni għall-ħames ġenerazzjoni ta 'prodotti. Meta mqabbel mar-raba 'ġenerazzjoni, għandu livell ogħla ta' integrazzjoni tas-sistema, li jintegra l-qalba DSP u l-komponenti periferali fuq ċippa waħda. Din iċ-ċippa DSP integrata ħafna mhux biss turi t-talenti tagħha fl-oqsma tal-komunikazzjonijiet u l-kompjuters, iżda wkoll tippenetra gradwalment fil-qasam tal-konsum ta 'kuljum tan-nies. Il-prospetti huma promettenti ħafna.
2. Karatteristiċi u vantaġġi ta 'DSP
1. Karatteristiċi tal-ħardwer
(1) DSP tappartjeni għall-arkitettura Modifikata ta 'Harvard, jiġifieri, għandha żewġ xarabanks interni: xarabank tad-dejta u xarabank tal-programm. Il-programm u l-ispazju tal-ħażna tad-dejta huma separati, kull wieħed għandu indirizz bus indipendenti u xarabank tad-dejta, u l-ġbir u l-qari jistgħu jsiru fl-istess ħin. Fil-preżent, laħaq 9 biljun operazzjoni b'punt li jvarja kull sekonda (9000MFLOPS).
(2) Uża operazzjonijiet issimplifikati. L-eżekuzzjoni ta 'kull struzzjoni hija maqsuma f'diversi passi bħal istruzzjoni li ġġib, tiddekowdja, ġġib, u eżekuzzjoni, li rispettivament jitlestew minn unitajiet funzjonali multipli fuq iċ-ċippa. Huwa ekwivalenti għall-eżekuzzjoni parallela ta 'istruzzjonijiet multipli, li ttejjeb ħafna l-veloċità tal-kompjuters.
(3) Multiplikatur tal-ħardwer indipendenti. L-istruzzjonijiet tal-multiplikazzjoni jitlestew f'ċiklu wieħed, billi jottimizzaw numru kbir ta 'multiplikazzjonijiet ripetuti f'algoritmi bħal konvoluzzjoni, iffiltrar diġitali, FFT, korrelazzjoni u operazzjonijiet matriċi.
(4) L-indirizzar ċirkolari (Circular addressing), bit-reverse (bit-reverse) u struzzjonijiet speċjali oħra jtejbu bil-kbir l-indirizzar, l-għażla u l-veloċità tal-kalkolu f'operazzjonijiet bħall-FFT u l-konvoluzzjoni. Il-ħin FFT ta '1024 punt huwa diġà inqas minn 1μs.
(5) Xarabank u kontrollur DMA indipendenti. Hemm grupp wieħed jew aktar ta 'karozzi tal-linja DMA indipendenti, li jaħdmu b'mod parallel mal-programm tas-CPU u x-xarabank tad-dejta. Il-veloċità tad-DMA laħqet aktar minn 800Mbyte / s mingħajr ma taffettwa x-xogħol tas-CPU.
(6) Interfaċċa b'ħafna proċessuri. Huwa konvenjenti għal proċessuri multipli li jaħdmu b'mod parallel jew serjali biex iżidu l-veloċità tal-ipproċessar.
(7) Interface standard tat-test JTAG (Joint Test Action Group) (interface standard IEEE 1149). Huwa konvenjenti għal simulazzjoni onlajn taċ-ċippa ta 'DSP u debugging f'kundizzjonijiet b'ħafna DSP.
2. Karatteristiċi tas-softwer
(1) Indirizz immedjat: L-operand huwa valur immedjat, li jista 'jinkiseb direttament mill-istruzzjoni. Eżempju: MOV A, @ 0x16; ibgħat il-kostanti 0x16 biex tirreġistra A.
(2) Indirizzar dirett: Pereżempju, iċ-ċippa tas-serje TMS320 ta 'TI taqsam il-memorja tad-dejta f'512 paġna, kull waħda b'128 kelma. Issettja pointer tal-paġna tad-dejta DP (Pointer tad-Dejta), uża 9-bit biex tipponta lejn paġna tad-dejta, u żid indirizz offset ta ’7 bits fil-paġna biex tifforma indirizz tad-dejta ta’ 16-il bit. Dan jgħin biex titħaffef il-veloċità tal-indirizzar.
(3) Indirizz indirett: ① 8 reġistri awżiljarji, pointer ta 'reġistru awżiljarju wieħed jindika unità aritmetika ta' reġistru awżiljarju għal operazzjoni ta 'numru mhux iffirmat ta' 16-il bit, jiddetermina indirizz ġdid, u jgħabbi wieħed mir-reġistri awżiljarji. ②Il-kontenut tat-8 reġistri awżiljarji huma pjuttost flessibbli, u jistgħu jitgħabbew, jiżdiedu jew jitnaqqsu minn dejta immedjata; jistgħu jitgħabbew mill-memorja tad-dejta; jistgħu jintużaw ukoll għal xi indirizzar indiċjat. ③Minħabba l-pożizzjoni inversa, l-indirizzar bit reverse jista 'jiġi realizzat.
(4) Istruzzjoni ta 'multiplikazzjoni unika: Eżempju: MAC X0, Y0, AX: (R0) +, X0 Y: (R4) + N4, YO Din l-istruzzjoni tikkmanda DSP56300: Immoltiplika n-numri fir-reġistri X0 u Y0, u żid ir-riżultat Acc A, ittella 'l-valur tal-indirizz tal-memorja indikat mir-reġistru R0 fir-reġistru X0, ittella' l-valur tal-indirizz tal-memorja Y indikat mir-reġistru R4 fir-reġistru Y0, u żid 1 mal-valur ta 'R0, u żid il-valur tar-reġistru N4 sa R4.
Il-vantaġġi tas-sistema DSP ibbażata fuq l-ipproċessar tas-sinjal diġitali meta mqabbla mas-sistema tradizzjonali tal-ipproċessar tas-sinjal analogu:
(1) L-interface huwa sempliċi u konvenjenti. Minħabba l-karatteristiċi elettriċi sempliċi tas-sinjal diġitali, huwa faċli biex timplimenta fuq l-interface tal-hardware meta sistemi DSP differenti huma konnessi ma 'xulxin. Fuq l-interface tal-fluss tad-dejta, kull sistema teħtieġ biss li ssegwi protokoll standard speċifiku.
(2) Preċiżjoni għolja u stabbiltà tajba. L-ipproċessar tas-sinjal diġitali huwa affettwat biss mill-iżball ta 'dualizzazzjoni u t-tul limitat tal-kelma, u l-proċess tal-ipproċessar ma jintroduċix ħsejjes oħra, u għalhekk għandu proporzjon ogħla ta' sinjal għal ħoss. Barra minn hekk, il-prestazzjoni tas-sistema analoga hija affettwata ħafna mill-prestazzjoni tal-parametri tal-komponent, filwaqt li s-sistema diġitali bażikament ma tinbidilx, allura s-sistema diġitali hija iktar konvenjenti għall-ittestjar, id-debugging u l-produzzjoni tal-massa.
(3) Programmar konvenjenti u implimentazzjoni faċli ta 'algoritmi kumplessi. Fis-sistema DSP, iċ-ċippa DSP tipprovdi pjattaforma tal-informatika b'veloċità għolja, u l-funzjonijiet tas-sistema jiddependu fuq l-ipprogrammar tas-softwer. Meta tkun ikkombinata ma 'teorija moderna tal-ipproċessar tas-sinjali u matematika komputazzjonali, tista' tirrealizza funzjonijiet kumplessi tal-ipproċessar tas-sinjal diġitali.
(4) Integrazzjoni konvenjenti. Ċipep DSP moderni jintegraw il-qalba DSP u ċ-ċirkwiti periferali tagħha fuq ċippa waħda. Din l-istruttura tiffaċilita d-disinn ta 'prodotti diġitali portabbli u integrati ħafna.
Barra minn hekk, ċipep DSP moderni, bħala apparati ta 'ċirkwiti integrati kbar ħafna programmabbli (VLSI), jimplimentaw funzjonijiet ta' pproċessar ta 'sinjal diġitali permezz ta' softwer u firmware li jistgħu jitniżżlu. Minbarra l-funzjonijiet tal-kalkolu u l-kontroll tal-mikroproċessuri ordinarji, iċ-ċipep DSP għamlu wkoll titjib kbir fl-istruttura tal-proċessur, fis-sistema tal-istruzzjoni u fid-disinn tal-fluss tal-istruzzjoni għar-rata għolja ta ’trażmissjoni tad-dejta u l-ipproċessar tas-sinjal diġitali f’ħin reali b’kalkoli numeriċi intensivi.
3. Problemi u sfidi ffaċċjati mid-DSP
Id-DSP li jimmatura għad għandu ħafna oqsma għal titjib, iżda wkoll jiffaċċja bosta sfidi.
(1) Kif tirranġa b'mod razzjonali l-fluss tad-dejta sabiex tkun tista 'tiġi eżegwita bla xkiel mingħajr kunflitt fost l-unitajiet ta' eżekuzzjoni tad-DSP għadu problema importanti li jiffaċċjaw l-iżviluppaturi tad-DSP. Minħabba l-kumplessità tad-disinn, meta l-algoritmu jiġi mmappjat mal-hardware speċifiku fil-mira DSP, lingwi ta 'programmazzjoni ta' livell għoli għadhom ma jistgħux jintużaw, għandu jintuża lingwaġġ ta 'assemblaġġ, u fehim ċar ħafna tal-mekkaniżmu ta' eżekuzzjoni parallela tal-apparat . U dan id-disinn tal-ipprogrammar limitat għal-lingwa tal-assemblaġġ huwa l-ostaklu biex titjieb l-effiċjenza tal-iżvilupp tas-softwer.
(2) Għad hemm problemi bi strutturi paralleli. Sabiex jinkiseb throughput ogħla, aktar bits ta 'data għandhom jiġu pproċessati f'unità speċifika ta' ħin. It-teknoloġija VLIW tirrappreżenta l-paralleliżmu tal-livell ta 'struzzjoni. L-istruttura superskalar u l-istruttura tas-superpipeline jippruvaw ukoll jiksbu aktar struzzjonijiet f'ċiklu wieħed ta 'struzzjoni. Il-paralleliżmu tal-livell tad-dejta huwa rappreżentat minn kliem tad-dejta usa ', vettorizzazzjoni u strutturi tal-fluss tad-dejta. Minħabba li l-wisa 'tal-kelma tad-dejta hija akbar, kull struzzjoni taċ-ċiklu tal-istruzzjoni tista' tipproċessa aktar dejta, li żżid in-numru ta 'bits tad-dejta li jistgħu jiġu pproċessati f'kull ċiklu tal-arloġġ. Il-paralleliżmu fil-livell tal-kompitu jew fil-livell tat-tranżazzjoni huwa rifless f’disinji ta ’multitasking, multithreading u multiprocessor. Dawn l-istrutturi huma mistennija li jżidu l-fluss tal-ipproċessar tad-dejta, iżda ż-żieda fid-dejta u l-wisa 'tal-istruzzjoni u ż-żieda konsegwenti fil-fluss tal-ipproċessar tad-dejta jkollhom iħallsu ċertu prezz. Meta d-densità tal-kodiċi u l-wisa 'tad-dejta jaqblu mal-applikazzjoni, jistgħu jgħinu, imma meta l-wisa' tal-kelma tad-dejta ma tkunx l-istess bħall-proċessur, jistgħu jikkawżaw ħafna problemi minflok.
(3) Numru kbir ta 'caches disponibbli fuq iċ-ċippa qed isiru dejjem aktar importanti għall-fluss totali tas-sistema, minħabba li l-karozzi tal-linja tal-memorja u l-interfaces standard ma jistgħux jibqgħu jipprovdu appoġġ għar-rata ta' trasferiment ta 'data gigabyte ta' kull MAC fis-sistema. Jekk il-bqija tas-sistema tistax tkun kompatibbli ma 'proċessuri ta' veloċità għolja qed issir ukoll problema kbira. Proċessur MAC doppju b'2 unitajiet ALU jista 'jeħtieġ 4 kliem ta' dejta għal kull ċiklu ta 'arloġġ, jew aktar minn 4 gigabytes ta' dejta kull sekonda. kelma.
(4) L-isfidi ffaċċjati mill-iżvilupp tad-DSP huma riflessi wkoll fiż-żieda mgħaġġla fil-veloċità tas-CPU u t-tnaqqis kontinwu fil-prezzijiet. Il-manifatturi tad-DSP qed jiffaċċjaw żewġ għażliet, waħda hija li taċċellera l-iżvilupp tad-DSP, u l-oħra hija li tirtira mill-kompetizzjoni. Kull manifattur għandu jaqleb minn investiment diversifikat għal investiment unitarju, u jistabbilixxi prodotti bid-DSPS bħala l-iżvilupp ewlieni, jiġifieri, li jintegra t-teknoloġiji kollha u l-prodotti kollha fid-DSP.
4. ix-xejra ta 'żvilupp u l-prospetti ta' DSP
DSP ikompli jissodisfa r-rekwiżiti dejjem jiżdiedu tan-nies fit-triq tal-iżvilupp tiegħu, u gradwalment qed jiżviluppa fid-direzzjoni tal-personalizzazzjoni u konsum baxx ta 'enerġija. Il-prospetti għall-iżvilupp tad-DSP huma impressjonanti ħafna.
(1) L-integrazzjoni fil-livell tas-sistema tad-DSP hija t-tendenza
It-tnaqqis tad-daqs taċ-ċipep DSP huwa dejjem id-direzzjoni tal-iżvilupp tat-teknoloġija DSP. Ħafna mid-DSPs kurrenti huma bbażati fuq struttura RISC (komputazzjoni mnaqqsa ta 'sett ta' struzzjonijiet). Il-vantaġġi ta 'din l-istruttura huma daqs żgħir, konsum baxx ta' enerġija, u prestazzjoni għolja. Diversi manifatturi tad-DSP adottaw proċessi ġodda biex itejbu l-qlub tad-DSP, u jintegraw diversi qlub tad-DSP, qlub tal-MPU, unitajiet tal-ipproċessar speċjali, unitajiet taċ-ċirkwiti periferali, u unitajiet tal-ħażna fuq ċippa waħda biex isiru ċirkuwiti integrati fil-livell tas-sistema DSP.
(2) DSP programmabbli huwa l-prodott ewlieni
DSP programmabbli jipprovdi lill-manifatturi bi flessibilità kbira. Il-manifatturi jistgħu jiżviluppaw diversi serje ta 'prodotti b'mudelli differenti fuq l-istess pjattaforma DSP biex jissodisfaw il-ħtiġijiet ta' utenti differenti. Fl-istess ħin, DSP programmabbli jipprovdi wkoll mod tajjeb biex l-utenti jaġġornaw faċilment.
(3) DSP b'punt fiss huwa l-mainstream
Fit-teorija, għalkemm DSP b'punt li jvarja għandu firxa dinamika akbar minn DSP b'punt fiss u huwa aktar adattat għal applikazzjonijiet DSP, apparati DSP aritmetiċi b'punt fiss għandhom spejjeż aktar baxxi, ħtiġijiet ta 'memorja aktar baxxi, u konsum ta' enerġija aktar baxx. . Għalhekk, apparat DSP programmabbli għal aritmetika b'punt fiss għadu prodotti mainstream fis-suq. Skond l-istatistiċi, ħafna mill-apparat DSP mibjugħ bħalissa huma apparat DSP programmabbli b'punt fiss ta '16-il bit, u huwa mistenni li l-proporzjon jiżdied gradwalment fil-futur.
(4) Issegwi veloċità tal-informatika ogħla
Fil-preżent, il-veloċità ġenerali tat-tħaddim tad-DSP hija 100MIPS, jiġifieri, tista 'topera 100 miljun istruzzjoni kull sekonda. Minħabba t-tendenza tal-personalizzazzjoni u l-adattament tat-tagħmir elettroniku, id-DSP għandu jsegwi veloċitajiet tal-informatika ogħla u aktar mgħaġġla sabiex ilaħħaq mal-pass tal-aġġornament tat-tagħmir elettroniku. Iż-żieda tal-veloċità tat-tħaddim DSP tiddependi prinċipalment fuq it-teknoloġija l-ġdida biex ittejjeb l-istruttura taċ-ċippa. Bħalissa, apparat DSP l-aktar juża teknoloġija CMOS ta '0.5μm ～ 0.35μm. Skond ix-xejra ta 'żvilupp tas-CMOS, huwa kompletament possibbli li l-veloċità tat-tħaddim tad-DSP tista' tiżdied b'100 darba (sa 1600GIPS).
5. rimarki konklużivi
L-applikazzjoni dejjem tiżdied tad-DSP f'diversi oqsma wasslet għall-iżvilupp tad-DSP innifsu. L-applikazzjoni tagħha fl-oqsma 3C (Komunikazzjonijiet, Kompjuters, Konsumaturi) okkupat 90% tas-sehem tas-suq attwali tad-DSP, li jindika li DSP għandu potenzjal enormi f'oqsma oħra. . Fl-iżvilupp futur, se jidher f'diversi oqsma b'rendiment aħjar.
