Шрифт:
Разрядность данных 16 бит
Производительность 5 млн. операций в секунду
Объем оперативной памяти 256 слов
Объем памяти программ 4 К слов
Объем подключаемой внешней памяти 4 К слов
Разрядность арифметико-логического устройства 32 бит
Разрядность умножителя 6×16 бит с 32-битным результатом
Разрядность портов ввода-вывода 16 бит
Количество портов ввода-вывода 8
Пропускная способность внешней шины 50 Мбит
Освоение новых микронных технологий и, как следствие, повышение степени интеграции микросхем позволили значительно улучшить характеристики процессоров. И уже в середине 1980-х годов появились сигнальные процессоры второго поколения. К ним можно отнести процессоры все той же фирмы Texas Instruments TMS320C25 и TMS320C5X. Эти процессоры более скоростные и имеют больший объем памяти. Кроме того, у них появилась развитая система обработки прерываний и энергосберегающие режимы работы. В некоторых моделях процессоров снижено напряжение питания. Появились теневые регистры для автоматического сохранения результатов работы в случае возникновения аппаратного или программного прерывания программы. В состав архитектуры процессора добавились таймеры и последовательные синхронные порты с развитой конфигурацией настройки.
В свою очередь, фирма Motorola выпустила сигнальные процессоры семейства DSP56000, которые имеют разрядность 24 бита, двойную внутреннюю шину данных X и Y, удобную при операциях с комплексными числами, и обладают высокой степенью конвейеризации и параллелизма. Эти свойства делают данные процессоры еще более производительными и удобными для цифровой обработки сигналов.
Еще один производитель в лице фирмы AT&T Microelectronics выпускает сигнальные процессоры серии DSP16, которые отличаются наличием кэш-памяти и встроенного высокоскоростного, до 30 Мбайт, параллельного порта.
Фирма Analog Devices вышла на рынок сигнальных процессоров со своей серией ADSP-21XX, которые конкурируют с выше рассмотренными моделями по некоторым техническим параметрам, а кроме того, по цене. Например, процессор ADSP-21msp50 имеет встроенные АЦП и ЦАП и в то же время его стоимость составляет несколько долларов.
На этом развитие сигнальных процессоров не остановилось, и уже в конце 1980-х годов на рынке появились процессоры третьего поколения от перечисленных выше фирм. Отличительной особенностью этого поколения стало появление двоичной плавающей арифметики, увеличение разрядности шины данных, емкости памяти и программ. К этому числу процессоров можно отнести TMS320C30 фирмы Texas Instruments, DSP96002 фирмы Motorola, DSP32C фирмы AT&T Microelectronics и ADSP21020 фирмы Analog Devices.
Впоследствии на рынке появились сигнальные процессоры других фирм. Однако в настоящее время, лидирующее положение в этой области занимают фирмы Texas Instruments, Motorola, AT&T Microelectronics и Analog Devices.
История развития сигнальных процессоров на этом не заканчивается, и можно было бы продолжать ее повествование, но целью данной книги является не исторический рассказ, а практическое руководство по освоению и приобретению навыков работы с этими перспективными компонентами. Поэтому я хочу остановиться на более подробном описании внутренней архитектуры и практического применения одного из сигнальных процессоров фирмы Analog Devices. Именно об этом и пойдет речь в следующей главе.
Глава 2. Архитектура
В этой главе описывается внутренняя архитектура одного из сигнальных процессоров фирмы Analog Devices ADSP-2181 и примеры его подключения.
Фирма Analog Devices разработала целые семейства сигнальных процессоров и постоянно продолжает выпускать на рынок новые модели. В настоящее время существуют следующие семейства: ADSP-21XX, Shark DSP, BlackFin DSP и др. Но, несмотря на все многообразие этих групп, все они имеют похожую друг на друга архитектуру. Отличие семейств друг от друга заключается, например, в арифметических блоках, которые поддерживают вычисления с фиксированной или плавающей запятой. Кроме того, семейства отличаются производительностью, разрядностью шин данных, структурой внутренних регистров, интерфейсами и т.п. Отличие процессоров друг от друга внутри семейства состоит в основном в объеме и организации внутренней памяти и типе встроенных интерфейсов. В состав каждого из процессоров этого семейства входят следующие функциональные устройства.
• Арифметико-логическое устройство АЛУ.
• Умножитель-накопитель.
• Устройство сдвига.
• Два генератора адреса данных.
• Программный автомат.
• Таймер.
• Последовательный многоканальный порт.
Ниже приведена табл. 2.1 с отличительными характеристиками сигнальных процессоров семейства ADSP-21XX.
Таблица 2.1. Характеристики сигнальных процессоров семейства ADSP-21XX
| Ресурсы | 2101 | 2103 | 2105 | 2111 | 2115 | 21msp58 | 2171 | 2173 | 2181 | 2183 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Объем оперативной памяти программ (слов) | 2K | 2K | 1K | 2K | 1K | 2K | 2K | 2K | 16K | 16K |
| Объем оперативной памяти данных (слов) | 1K | 1K | 512 | 1K | 512 | 2K | 2K | 2K | 16K | 16K |
| Второй последовательный порт | – | – | – | – | – | – | – | – | + | + |
| Порт хост-интерфейса | – | – | – | + | – | + | + | + | – | – |
| Порт прямого доступа к памяти | – | – | – | – | – | – | – | – | + | + |
| Максимальная внешняя тактовая частота, МГц | 20 | 10,24 | 13,82 | 20 | 20 | 16,67 | 16,67 | 16,67 | 20 | 20 |
| Аналого-цифровые преобразователи и фильтры | – | – | – | – | – | + | – | – | – | – |
| Режим малого потребления | – | – | – | – | – | + | + | + | + | + |
| Напряжение питания, В | 5 | 3,3 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 3,3 | 5 | 3,3 |
| Количество сигнальных выводов | 68 | 68 | 68 | 100 | 68 | 100 | 128 | 128 | 128 | 128 |
Остановимся на рассмотрении архитектуры одного из самых распространенных на сегодняшний день процессоров семейства ADSP-21XX, а именно на процессоре ADSP-2181. Этот компонент является самым развитым в своем семействе и включает в себя наибольший объем памяти и множество встроенных интерфейсов.
Сигнальный процессор ADSP-2181 представляет собой однокристальный чип, выпускаемый в 128 выводных корпусах типа PQFP-128 или TQFP-128. Из вышеприведенной информации уже можно составить общее представление о возможностях, заложенных в данный процессор. Но для полноты картины рассмотрим структурную схему внутренней архитектуры этого чипа, приведенную на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Структурная схема внутренней архитектуры чипа
Процессор имеет сильно развитую структуру внутренних шин адреса и данных. К их числу относятся шина адреса памяти программ PROGRAM MEMORY ADDRESS, шина адреса памяти данных DATA MEMORY ADDRESS, шина данных памяти программ PROGRAM MEMORY DATA и шина данных памяти данных DATA MEMORY DATA.
Слева на схеме изображен базовый блок архитектуры всего семейства ADSP-2100 BASE ARCHITECTURE включаемый в состав любого из процессоров данного семейства. Он состоит из блока генераторов адреса данных DATA ADDRESS GENERATORS, программного автомата PROGRAM SEQUENCER и арифметического блока ARITHMETIC UNITS.