giới thiệu bộ xử lý tín hiệu số dsp

GIỚI THIỆU BỘ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ DSPDigital Signal Procesor  Cơ bản về DSP  Kiến trúc của DSP : bộ nhớ, đánh địa chỉ, đơn vị điều khiển chương trình, cộng/ nhân, dịch, khối số học & luậ

GIỚI THIỆU BỘ XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ DSP

(Digital Signal Procesor)

 Cơ bản về DSP

 Kiến trúc của DSP : bộ nhớ, đánh địa chỉ, đơn vị điều khiển chương trình, cộng/ nhân, dịch, khối số học & luận lý, thiết bị vào/ ra, bus địa chỉ, bus dữ liệu

 Định dạng số : dạng dấu phẩy tĩnh và dấu phẩy

động

 Các đơn vị xử lý trong DSP : cộng, nhân, dịch,

đánh địa chỉ

 Ngôn ngữ assembly của DSP

 Lựa chọn DSP cho phù hợp với ứng dụng, bao

gồm : tốc độ, bộ nhớ, công suất, sự tiện lợi, giá

cả

 Giới thiệu ba nhà sản xuất DSP chính : Analog

Devices, Texas Instruments, Motorola

 Thời gian thực nghĩa là đầu ra giữ tốc độ với các mẫu vào trong suốt quá trình xử lý thực tế

Ví dụ, trong bộ lọc số, mẫu ra mới được tạo ra ngay khi bộ lọc nhận được mẫu vào mới.

1 Kiến trúc tối ưu cho hoạt động xử lý tín hiệu số

 Nhiều bus và các bộ nhớ on-chip

 Nhiều bộ nhớ truy cập trong một chu kỳ lệnh đơn

2 Các đơn vị phần cứng chuyên dụng

 Các bộ nhân/ cộng, dịch tốc độ cao

 Độ rộng thanh ghi đủ để thực hiện các tính toán mà không

bị tràn

 Hỗ trợ cho bộ đệm vòng

 Các bộ tạo địa chỉ

 Sử dụng song song

3 Lệnh lập trình bằng ngôn ngữ assembly

 Định dạng số mềm dẻo

 Vòng lặp hiệu quả với mào đầu là số 0

 Tối thiểu một lệnh trong một chu kỳ đồng hồ

CÁC ĐẶC ĐIỂM

CỦA DSP

KIẾN TRÚC CỦA DSP

 Nhiều bộ xử lý chuẩn đều dựa trên kiến trúc Von Neumann.

 Bộ xử lý Von Neumann đơn giản nhất gồm một bộ nhớ đơn dùng chung cho cả chương trình và dữ liệu, với một bus đơn cho truy cập bộ nhớ

 Hầu hết các phần của bộ xử lý không hoạt đông

“unactive” vào một thời điểm nào đó.

 Chương trình xử lý diễn ra theo kiểu tuần tự:

lấy lệnh từ bộ nhớ -> giải mã lệnh -> thực hiện

 Cách duy nhất để tăng tốc độ xử lý là tăng tốc độ bus, bộ nhớ và các đơn vị tính toán.

KIẾN TRÚC Von Neumann

Thứ tự thời gian trong hoạt động

của kiến trúc Von Neumann

CHU KỲ LẤY VÀ THI HÀNH LỆNH TRONG KIẾN

TRÚC VON NEUMANN

Bước Hoạt động Trạng thái

bus

Lấy lệnh 1 Đọüc lệnh từ bộ nhớ Bus bận

Thi hành lệnh 1 Đọc toán hạng #1 từ bộ nhớ Bus bận

Lấy lệnh 2 Đọüc lệnh từ bộ nhớ Bus bận

Thi hành lệnh 2 Đọc toán

hạng #2 từ bộ nhớ Bus bận

Lấy lệnh 3 Đọüc lệnh từ bộ nhớ Bus bận

Thi hành lệnh 3 Cộng toán hạng #1 và #2 trong ALU

KIẾN TRÚC Harvard

CHU KỲ LẤY VÀ THI HÀNH LỆNH TRONG KIẾN

hạng #2 từ bộ nhớ DL Bus DL bậnLấy lệnh 3 Đọüc lệnh từ bộ nhớ CT Bus CT bậnThi hành lệnh 3 Cộng toán hạng #1 và #2 trong ALU

CT: chương trình; DL: dữ liệu

Pipelining trong kiến trúc Harvard

CẤU TRÚC CỦA MAC (Multiplier- accumulator)

???DẤU PHẨY ĐỘNG HAY DẤU

PHẨY TĨNH ???

 Lựa chọn giữa DSP dấu phẩy động hay dấu phẩy tĩnh là một trong những quyết định quan trọng nhất của

người thiết kế DSP.

 Với thiết bị dấu phẩy tĩnh , người lập trình phải lựa

chọn kiểu định dạng số và biết rõ về nó trong suốt

quá trình lập trình Thỉnh thoảng, phải giảm tỷ lệ các con số xuống trước khi tính toán rồi tăng tỷ lệ lại sau đó

 Thiết bị dấu phẩy động đưa ra cách biểu diễn thuận tiện và tự nhiên cho các giá trị thập phân Không cần tỷ lệ để thực hiện tính toán Vì vậy, chương trình viết cho các bộ xử lý dấu phẩy động đơn giản hơn viết cho bộ xử lý dấu phẩy tĩnh

??? DẤU PHẨY ĐỘNG HAY DẤU

 DSP dấu phẩy tĩnh rẻ hơn DSP dấu phẩy động.

 Chip DSP dấu phẩy tĩnh thường nhỏ hơn chip dấu

Độ rộng dữ liệu lớn => chính xác hơn

Độ rộng dữ liệu lớn => định dạng mềm dẻo => dễ lập trình

Độ rộng dữ liệu lớn => đưa ra các mức phân giải phù hợp với ứng dụng

Độ rộng dữ liệu lớn => chậm hơn & kích thước chip lớn hơn.

BỘ NHỚ

 Hầu hết các DSP đều đưa ra cả bộ nhớ on-chip và

off-chip

 Bộ nhớ on-chip có thể truy xuất nhanh hơn bộ nhớ

off-chip Hầu hết các DSP đều có RAM và ROM on-chip Một phần của bộ nhớ có thể dùng làm bộ nhớ chương trình,

phần còn lại có thể dùng làm bộ nhớ dữ liệu Ưu điểm của nhiều bộ nhớ chỉ có được khi truy xuất bộ nhớ bằng các bus riêng Theo cách này, có thể truy xuất bộ nhớ cùng

lúc mà không bị va chạm

 Thường thì bộ nhớ ngoài có thể kết nối đến DSP thông

qua cổng input/output Tuy nhiên, truy xuất bộ nhớ ngoài chậm hơn bộ nhớ trong

 Các DSP ngày nay có bộ nhớ trong lớn hơn nhiều so với trước đây, do đó có thể không cần hay chỉ cần rất ít bộ

nhớ ngoài

TỐC ĐỘ

 Dùng Instruction cycle time là cách đơn giản nhất để

đánh giá tốc độ của DSP Đây là khoảng thời gian cần

thiết để thi hành một lệnh Nghịch đảo của nó là MIPS

(millions of instructions per second) đối với DSP dấu

phẩy tĩnh và MFLOPS (millions of floating point

operations per second) đối với DSP dấu phẩy động

 DSP mới đưa ra BOPS (billions of operations per second)

và GFLOPS (giga of floating point operations per

CÔNG SUẤT

 Người sử dụng DSP yêu cầu công suất tiêu thụ

càng thấp càng tốt, đặc biệt khi không cắm vào

 Nhiều nhà sản xuất sản xuất luôn A/D - D/A chuyên dụng cho DSP của họ Chọn lựa luôn A/D - D/A

chuyên dụng này có thể giúp cho việc kết nối giữa

A/D - D/A và DSP thuận tiện hơn

trình cả bằng C và assembly

 Các nhà lập trình DSP yêu cầu được hỗ trợ công cụ gỡ rối, phần mô phỏng

 Đối với các ứng dụng yêu cầu nhiều DSP làm việc song song, người ta quan tâm đến khả năng kết nối nhiều DSP với nhau

 Quảng cáo, chăm sóc khách hàng tốt cũng góp phần làm cho DSP phổ biến hơn Đối với các DSP đang được sử dụng rộng rãi, có sẵn rất nhiều phần mềm cho các ứng dụng phổ biến trên internet Dùng lại hay thay đổi các phần mềm này nhanh hơn là viết mới

GIÁ CẢ

động

hơn mua riêng lẻ

của các DSP ngày nay quá rẻ so với năng

lực tính toán khổng lồ do các DSP mang lại

 Bảng sau nêu ra một số ứng dụng của DSP và

yêu cầu tương ứng về kiểu định dạng sô, bộ nhớ, giá cảú

time cycle

n instructio

period

sampling sample

per ns

instructio

YÊU CẦU ĐỐI VỚI DSP TUỲ THEO ỨNG DỤNG

Ứïng dụng Định dạng số Bộ nhớ Giá

KIẾN TRÚC CƠ BẢN CỦA HỌ ADSP (Analog

Devices)

KIẾN TRÚC CƠ BẢN CỦA HỌ TMS320C54x

(Texas Instruments)

KIẾN TRÚC CƠ BẢN CỦA DSP56000 (Motorola)