Šodien jau aizmirstas astoņdesmito gadu vidū elektronikas inženieru vidū populārās sarunas par to, cik lielā mērā padomju elektronika atpalika no Rietumu. Tad elektronikas attīstības pakāpe tika vērtēta pēc personālo datoru procesoru attīstības. Dzelzs priekškars darīja savu darbu tolaik mēs pat nevarējām iedomāties, ka padomju elektronika atpaliek no Rietumu nevis par gadu vai diviem, bet uz visiem laikiem.
Parastie padomju inženieri, kuriem nebija atļauts apmeklēt pasaules lielākos profesionālos elektronikas seminārus un kuriem nebija zināmi VDK atklātie noslēpumi, varēja spriest par elektronikas attīstību no programmas Vremya un Holivudas filmām pirms desmit gadiem. Pēc sajūsmas par Džeimsa Bonda elektroniskajiem gadžetiem tika izdarīts secinājums, ka: tie visi ir kino specefekti; viss tiek veidots uz specializētiem mikroprocesoriem (nekad netika norādīts, kādi); un ka “kur mums vajag un kam tas vajadzīgs, mums ir foršākas lietas”. Pēc tik dziļiem secinājumiem padomju inženieri ar jaunu radošu impulsu savos pētniecības institūtos turpināja radīt šedevrus uz 155 TTL mikroshēmām vai, vistuvāk militāri rūpnieciskajam kompleksam, uz 133 sērijas.
Man par kaunu jāatzīst, ka arī es līdz aptuveni deviņdesmito gadu vidum nopratu, ka specializētie procesori ir kaut kas pilnīgi sarežģīts un neiedomājams. Bet, par laimi, laiki ir mainījušies, un pirmie specializētie procesori, ar kuriem iepazinos, bija digitālie signālu procesori jeb signālu procesori (DSP, Digital Signal Processor).
Signālu procesori parādījās digitālo tehnoloģiju attīstības rezultātā, kas arvien vairāk tika ieviesti tradicionālajos “analogajos” lietojumos: radio un vadu sakaros, video un audio iekārtās, mērīšanas un sadzīves iekārtās. Tīri digitālām ierīcēm bija nepieciešams izveidot arī specializētus procesorus signālu apstrādei: modemus, diskdziņus, datu apstrādes sistēmas utt. Galvenā DSP atšķirīgā iezīme no parastajiem mikroprocesoriem ir to maksimālā pielāgošanās spēja digitālo signālu apstrādes problēmu risināšanai. Tie ir tieši “specializētie” kontrolleri, kuru specializācija slēpjas tādā arhitektūrā un komandu sistēmā, kas ļautu veikt optimālas signāla konvertēšanas un filtrēšanas darbības reāllaikā. Parastie mikrokontrolleri vai nu vispār nenodrošina komandas, kas veic šādas darbības, vai arī to darbība ir ļoti lēna, kas padara neiespējamu to izmantošanu ātrumam kritiskos procesos. Tāpēc tradicionālo mikroprocesoru izmantošana, no vienas puses, noveda pie nepamatotas sarežģītības un ierīču shēmas dizaina sadārdzināšanās, no otras puses, pie neefektīvas, vienpusīgas kontroliera iespēju izmantošanas. DSP tika aicināti atrisināt šo pretrunu un lieliski tika galā ar savu uzdevumu.
Signālu procesori parādījās 80. gadu sākumā. Pirmais plaši pazīstamais signālu procesors bija TMS32010 DSP, ko 1982. gadā izlaida Texas Instruments un kura veiktspēja bija vairāki MIPS (miljoni instrukciju sekundē), kas izveidots, izmantojot 1,2 mikronu tehnoloģiju. Pēc Texas Instruments citi uzņēmumi sāka ražot DSP. Šobrīd Texas Instruments ir līderis DSP ražošanā, tam pieder aptuveni puse šo kontrolieru tirgus. Otrs lielākais DSP ražotājs ir Lucent Technologies, kas ražo aptuveni trešdaļu no šīm ierīcēm. Pirmo četrinieku noapaļo Analog Devices un Motorola, kuriem ir aptuveni vienādas tirgus daļas un kas kopā ražo aptuveni ceturto daļu no visiem DSP. Pārējie ražotāji, lai gan starp tiem ir tādi pazīstami uzņēmumi kā Samsung, Zilog, Atmel un citi, veido atlikušos 5-6 procentus no signālu procesoru tirgus.
Skaidrs, ka tendenču noteicēji ražotāju vidū ir vadošie uzņēmumi šajā jomā un, pirmkārt, Texas Instruments. Vadošo uzņēmumu politika signālu procesoru ražošanā un popularizēšanā ievērojami atšķiras.
Texas Instruments mērķis ir ražot pēc iespējas plašāku klāstu, kas spēj aptvert visas iespējamās procesoru lietojumprogrammas ar arvien pieaugošu veiktspēju. Šobrīd signālu procesoru veiktspēja sasniedz pat 8800 MIPS, un tie tiek ražoti, izmantojot tehnoloģiju no 0,65 mikroniem līdz 0,1 mikronam. Pulksteņa frekvence sasniedz 1,1 GHz.
Lucent Technologies koncentrējas uz lielajiem gala aprīkojuma ražotājiem un piedāvā savus produktus, izmantojot izplatīšanas tīklu, neizmantojot plašu reklāmas kampaņu. Uzņēmums specializējas DSP telekomunikāciju iekārtām, jo īpaši tādā šobrīd daudzsološā virzienā kā mobilo sakaru staciju izveide.
Gluži pretēji, Analog Devices īsteno aktīvu mārketinga politiku un reklāmas kampaņu, par ko liecina saīsinājums šī uzņēmuma DSP nosaukumā SHARK un Tiger SHARK (haizivs un tīģerhaizivs). Tehniskajā jomā šī uzņēmuma procesori ir optimizēti enerģijas patēriņam un daudzprocesoru sistēmu veidošanai.
Motorola izplata savus procesorus, izmantojot savu plašo izplatīšanas tīklu. DSP arhitektūrā Motorola bija pirmā, kas izvēlējās vienā mikroshēmā vienlaikus izveidot signālu procesoru un klasisku mikrokontrolleri, kas darbojas kā viena sistēma, kas ievērojami vienkāršo iekārtu izstrādātāju dzīvi, vienkāršojot shēmas dizainu.
DSP arhitektūra un ražošanas tehnoloģijas jau ir diezgan labi izstrādātas, tomēr prasības darbības stabilitātei un DSP aprēķinu precizitātei noved pie tā, ka nav iespējams atbrīvoties no funkcionālo ierīču, kas veic datu apstrādi, augstās sarežģītības. (īpaši peldošā komata formātā), kas būtiski nesamazina izmaksas procesoru ražošanā. DSP izmaksas var svārstīties no 2 līdz 180 vai vairāk dolāriem par vienību.
DSP procesoru raksturojums
Signālu procesoriem ir ātrgaitas aritmētika, reāllaika datu pārraide un saņemšana, kā arī daudzpiekļuves atmiņas arhitektūra.
Jebkurai aritmētiskai darbībai izpildes laikā ir nepieciešamas šādas elementāras darbības: operandu atlase; saskaitīšanas vai reizināšanas veikšana; saglabājot rezultātu vai atkārtojot to. Turklāt aprēķinu process prasa aizkavi, vērtību paraugu ņemšanu no secīgām atmiņas šūnām un datu kopēšanu no atmiņas uz atmiņu. Signālu procesoros aritmētisko darbību veikšanas ātruma palielināšana tiek panākta, pateicoties: darbību paralēlai izpildei, daudzkārtējai piekļuvei atmiņai (divu operandu iegūšana un rezultāta saglabāšana), liela skaita reģistru klātbūtnei pagaidu datu glabāšanai, aparatūras ieviešanai. īpašas iespējas: aizkavēšanās, reizinātāju, zvana adreses ieviešana utt. Signālu procesori ievieš arī aparatūras atbalstu programmu cilpām, zvana buferiem un iespēju komandas izpildes cikla laikā no atmiņas vienlaicīgi izgūt vairākus operandus.
Galvenā priekšrocība un atšķirība starp DSP un vispārējas nozīmes mikroprocesoriem ir tā, ka procesors mijiedarbojas ar daudziem datu avotiem reālajā pasaulē. Procesors var saņemt un pārsūtīt datus reāllaikā, nepārtraucot iekšējās matemātiskās darbības. Šiem nolūkiem analogo-digitālo un ciparu-analogo pārveidotāji, ģeneratori, dekoderi un citas ierīces tiešai “saziņai” ar ārpasauli ir iebūvēti tieši mikroshēmā.
Daudzpiekļuves atmiņas uzbūve galvenokārt tiek panākta, izmantojot Hārvardas arhitektūru. Hārvardas arhitektūra attiecas uz arhitektūru, kurai ir divas fiziski atsevišķas datu kopnes, kas ļauj vienlaikus piekļūt divām atmiņai. Bet ar to vien nepietiek, lai veiktu DSP darbības, it īpaši, ja instrukcijā tiek izmantoti divi operandi. Tāpēc Hārvardas arhitektūra pievieno kešatmiņu, lai saglabātu tās instrukcijas, kuras tiks izmantotas vēlreiz. Lietojot kešatmiņu, adreses kopne un datu kopne paliek brīvas, kas ļauj iegūt divus operandus. Šo paplašinājumu - Hārvardas arhitektūru un kešatmiņu - sauc par paplašināto Hārvardas arhitektūru vai SHARC (Super Harvard ARChitecture).
Mēs apsvērsim DSP specifiskās īpašības, izmantojot Motorola DSP568xx saimi, kas apvieno digitālo signālu procesoru un universālo mikrokontrolleru funkcijas.
DSP56800 kodols ir programmējams 16 bitu CMOS procesors, kas paredzēts reāllaika ciparu signālu apstrādes un skaitļošanas uzdevumu veikšanai, un sastāv no četrām funkcionālajām vienībām: vadības, adrešu ģenerēšanas, ALU un bitu apstrādes. Lai palielinātu produktivitāti, darbības ar ierīcēm tiek veiktas paralēli. Katra no ierīcēm var darboties neatkarīgi un vienlaikus ar trim citām, jo ir savs reģistru komplekts un vadības loģika. Kodols realizē vairāku darbību vienlaicīgu izpildi: vadības ierīce izvēlas pirmo instrukciju, adreses ģenerēšanas ierīce ģenerē otrās instrukcijas adreses, bet ALU reizina trešo instrukciju. Kombinētie pārskaitījumi un operācijas tiek plaši izmantoti.
Iebūvētajā atmiņā var būt (ģimenei):
Flash programmu atmiņa līdz 60K
Datu zibatmiņa līdz 8K
RAM programmas līdz 2K
RAM dati līdz 4K
2K lejupielādes programmas zibatmiņa
Saimes mikroshēmās ir ieviests liels skaits perifērijas ierīču: PWM ģeneratori, 12 bitu ADC ar vienlaicīgu iztveršanu, kvadratūras dekoderi, četru kanālu taimeri, CAN interfeisa kontrolleri, divu vadu seriālo sakaru saskarnes, seriālās saskarnes, programmējams. oscilators ar PLL, lai ģenerētu DSP kodola takts frekvenci utt.
Vispārējās īpašības
Veiktspēja 40 MIPS ar takts frekvenci 80 MHz un barošanas spriegumu 2,7: 3,6 V;
Viengala paralēlais 16x16 reizinātājs-summators;
Divi 36 bitu akumulatori, ieskaitot paplašināšanas bitus;
Viena cikla 16 bitu rotējošais pārslēdzējs;
DO un REP komandu aparatūras ieviešana;
Trīs iekšējās 16 bitu datu kopnes un trīs 16 bitu adrešu kopnes;
Viena 16 bitu ārējā interfeisa kopne;
Apakšprogrammu un pārtraukumu kaudze, kurai nav dziļuma ierobežojumu.
DSP568xx saimes mikroshēmas ir paredzētas lietošanai zemu izmaksu ierīcēs, sadzīves tehnikā, kam nepieciešamas zemas izmaksas un kurām nav nepieciešami īpaši augsti parametri: vadu un bezvadu modemi, bezvadu digitālās ziņojumapmaiņas sistēmas, digitālie tālruņu atbildētāji, digitālās kameras, specializētās un daudzfunkcionālie kontrolieri, servomotoru vadības ierīces un maiņstrāvas elektromotori.
Kopumā signālu procesori jau ir sasnieguši tādu attīstības pakāpi, ka tos var izmantot dažādās ierīcēs, sākot no kosmosa stacijām un beidzot ar bērnu rotaļlietām.
Man nesen bija jāredz, cik negaidītas var būt signālu procesoru pielietojums, izmantojot rotaļlietas piemēru. Kādu dienu pie manis pienāca paziņa un lūdza salabot runājošu lelli, ko viņa meitai bija iedevuši vācu paziņas. Lelle patiešām bija brīnišķīga, pēc drauga teiktā, viņa saprata līdz piecdesmit frāzēm un “apzināti” uzturēja sarunu. Vācijā tas maksāja simt piecdesmit markas, kas man lika domāt, ka vecāki par lelles salūšanu nožēlo vairāk nekā savu bērnu. Meita vienalga mīlēja lelli, jo īpaši tāpēc, ka pirms viņa kļuva mēma, tā runāja vāciski. Bez cerībām uz panākumiem es ķēros pie šīs lelles remonta. Es izmantoju failu, lai notīrītu epoksīda sveķus, ar kuriem tika piepildīta ķēde, un zem bieza, bieza epoksīda slāņa es atklāju pusduci mikroshēmu pakotņu, no kurām galvenā bija DSP DSP56F... pēdējie cipari diemžēl tika neatgriezeniski izdzēsti. Nekad nebija iespējams likt lellei runāt, un diemžēl neesmu noteicis, cik daudz inteliģences tai pievienoja signālu procesors. Kā vēlāk izrādījās, manu draugu vecākais dēls, lai lelle kliegtu skaļāk, vispirms pieslēdza tai spriegumu, nevis 3 V, 4,5 voltus, kas vēl nebija “nāvējošs”, un, lai gan rotaļlieta sēkēja, tas kliedza, bet pēc 220 V ... . Līdz ar to pirmais secinājums – augstās tehnoloģijas ir labas, bet ne vienmēr un ne visur. Otrs secinājums, ka drīz, iespējams, varēsim redzēt DSP gan virtuves piederumos, gan apavos, gan apģērbā, vismaz tehnisku šķēršļu tam nav.
|
Dažas sīkdatnes ir nepieciešamas drošai pieteikšanās funkcijai, bet citas nav obligātas funkcionālām darbībām. Mūsu datu apkopošana tiek izmantota, lai uzlabotu mūsu produktus un pakalpojumus. Mēs iesakām pieņemt mūsu sīkfailus, lai nodrošinātu vislabāko veiktspēju un funkcionalitāti, ko mūsu vietne var nodrošināt. Lai iegūtu papildinformāciju, varat apskatīt . Lasiet vairāk par mūsu.
Mūsu izmantotās sīkdatnes var iedalīt šādās kategorijās:
Stingri nepieciešamie sīkfaili: tie ir sīkfaili, kas nepieciešami analog.com darbībai vai noteiktai piedāvātajai funkcionalitātei. Tie kalpo vai nu vienīgi tīkla pārraides veikšanai, vai arī ir noteikti nepieciešami, lai nodrošinātu tiešsaistes pakalpojumu, ko esat skaidri pieprasījis. Analīzes/veiktspējas sīkfaili: šie sīkfaili ļauj mums veikt tīmekļa analīzi vai cita veida auditorijas mērīšanu, piemēram, atpazīt un saskaitīt apmeklētāju skaitu un redzēt, kā apmeklētāji pārvietojas mūsu vietnē. Tas palīdz mums uzlabot vietnes darbību, piemēram, nodrošinot, ka lietotāji viegli atrod to, ko viņi meklē. Funkcionalitātes sīkfaili: šīs sīkdatnes tiek izmantotas, lai jūs atpazītu, kad atgriežaties mūsu vietnē. Tas ļauj mums personalizēt mūsu saturu jūsu labā, sveicināt jūs vārdā un atcerēties jūsu preferences (piemēram, valodas vai reģiona izvēli). Informācijas zudums šajās sīkdatnēs var padarīt mūsu pakalpojumus mazāk funkcionālus, taču tas netraucēs vietnei darboties. Mērķa/profilēšanas sīkfaili: šīs sīkdatnes reģistrē jūsu apmeklējumu mūsu vietnē un/vai pakalpojumu izmantošanu, apmeklētās lapas un saites, kurām sekojāt. Mēs izmantosim šo informāciju, lai padarītu vietni un tajā redzamo reklāmu atbilstošāku jūsu interesēm. Šim nolūkam mēs varam arī kopīgot šo informāciju ar trešajām personām.
Es nejauši uzgāju video no “Chip and Dip” #1 Digitālā audio apstrāde ADAU1701 | Atvērt projektu | Sākt
Un tad mani “pārklāja” visādas atmiņas par šo tēmu. Nolēmu pārbaudīt, kas šajās dienās notiek šajā frontē, un atradu daudz laba un interesanta.
Apstrādes kvalitāte ir ievērojami paaugstinājusies, cena ir ievērojami kritusies un audio DSP (Digital Signal Processing) jau klauvē pie mūsu sliekšņa! :)
Šajā video ir apskatīta SigmaDSP ADAU1701 mikroshēma, un es nolēmu redzēt, ko ar to varētu darīt, un es biju ļoti pārsteigts par iespējām.
Par tiem var lasīt krievu valodā (). Man šis DSP ļauj izveidot normālu skaļruņu sistēmu ar ārēju krosoveru. Sistēmai ir neiedomājami vairāk iespēju nekā maniem mēģinājumiem. Tas ļauj programmēt sevi, ja esat pilnīgi iesācējs programmēšanas jomā, bet saprotat audio komponentus un to darbību: filtrus; krosoveri; ekvalaizeri utt. un tā tālāk. Šīs zināšanas ir nepieciešamas, lai to visu izveidotu
Lūk, kā izskatās projekta paraugs DSP apkalpošanas un programmēšanas programmā: 
Kā redzat, "digitālo vērtību" gandrīz nav, un visu sauc par "skaņu".
Protams, tā ADC un DAC ir tālu no Hi-End, bet vidēji Hi-Fi, bet ar šo kvalitāti pietiek mājai, un iespējas ir ļoti lielas. Ļoti labi, ka DSP ir dubultas precizitātes aprēķini (56-). bit) un tas ir instalēts pēc noklusējuma .
Nu... dziedājām mazas/nepilnīgas uzslavas, tagad tā ir realitāte.
Plāksne ir pieejama dažādās versijās:
1. iespēja. Pilna testa plate no ražotāja maksā ~12-15 tūkstoši rubļu un ļauj jums darīt visu, ko vēlaties. IMHO lielākā priekšrocība pār citiem ir pilns SPDIF, t.i. un digitālās ievades un digitālās izvades rezultātus. Tas arī ļauj atkļūdot algoritmus lidojuma laikā. Pasūtiet "pār kalnu" no ražotāja vietnes.
2. iespēja. Šis ir nedaudz sasmalcināts MasterKit izkārtojums - komplekts BM2114dsp. Tam ir visas analogās ieejas/izejas, taču atkļūdošana joprojām notiek “lidojumā”.
Izmaksas 4900 rubļu..
3. iespēja. Šī ir visvienkāršākā DSP izmantošanas versija no “Chip and Dip” laboratorijas “Electronic Troops”.
Komplektu sauc par digitālo signālu procesoriem RDC2-0027v1, digitālo audio apstrādes moduli SigmaDSP ADAU1701, SigmaStudio.
Šī ir opcija bez lidojuma programmēšanas. Jūs izveidojat bināro failu, konvertējat to un “augšupielādējat” plates ERROM, izmantojot “svilpi”. Tas aizņem nedaudz laika, bet tas notiek, un tam ir nepieciešama izpratne par procesu. :)
Maksa ir 950 rubļu.
Jā, precizēju, tāfele pēc programmēšanas darbojas kā neatkarīga iekārta!!! Tie. Jums nav nepieciešams dators uz visiem laikiem! Un jūs varat savienot "twists" (kodētājus) ar dēli; pogas utt., t.i. Ir pietiekami daudz ārējo regulēšanas metožu; jums nav jāiedziļinās DSP kodā katrai šķaudīšanai.
Izvēle ir tava...
Tagad par manām pagātnes vēlmēm. Viena no lielākajām pasīvo filtru problēmām ir fāzes kropļojumi, un jo stāvāks ir filtra slīpums, jo lielāks ir fāzes kropļojums. To dēļ rodas daudz virstoņu, no kuriem ir ārkārtīgi grūti atbrīvoties un grūti koordinēt dažādus frekvenču diapazonus.
Šie digitālie filtri no tā necieš un ļauj daudz darīt, lai atbilstu nogriešanas joslām. Bet kļūst nepieciešams izmantot trīs pastiprinātājus, nevis vienu, pa vienam katram frekvenču diapazonam (jo skaļrunis ir 3 virzienu, tad ir 3 joslas un 3 pastiprinātāji). Protams, tos var optimizēt jaudas ziņā (teiksim, manā gadījumā jauda būs LF - 30 W; MF - 20 W; HF - 10 W), bet šeit tas ir iespējams pat amatierim, es domāju, ka apvienošana uzvarēs. :)
Beigās daudz video
Piemērs, kā pašam veikt digitālo darbu
Puisis uzbūvē monstru uz diviem DSP
65 nanometri ir nākamais Zelenogradas rūpnīcas Angstrem-T mērķis, kas izmaksās 300-350 miljonus eiro. Uzņēmums jau ir iesniedzis Vņeekonombank (VEB) pieteikumu preferenciāla aizdevuma saņemšanai ražošanas tehnoloģiju modernizācijai, šonedēļ vēstīja Vedomosti, atsaucoties uz rūpnīcas direktoru padomes priekšsēdētāju Leonīdu Reimani. Tagad Angstrem-T gatavojas uzsākt ražošanas līniju mikroshēmām ar 90 nm topoloģiju. Maksājumi par iepriekšējo VEB aizdevumu, par kuru tas tika iegādāts, tiks sākti 2017. gada vidū.
Pekina sagrauj Volstrītu
Galvenie Amerikas indeksi Jaunā gada pirmās dienas atzīmēja ar rekordlielu kritumu, miljardieris Džordžs Soross jau brīdinājis, ka pasaule saskaras ar 2008. gada krīzes atkārtošanos.
Masveida ražošanā tiek laists pirmais Krievijas plaša patēriņa procesors Baikal-T1, kura cena ir 60 USD
Uzņēmums Baikal Electronics sola 2016. gada sākumā laist rūpnieciskajā ražošanā Krievijas Baikal-T1 procesoru, kas maksās aptuveni 60 USD. Ierīces būs pieprasītas, ja valdība radīs šo pieprasījumu, norāda tirgus dalībnieki.
MTS un Ericsson kopīgi izstrādās un ieviesīs 5G Krievijā
Mobile TeleSystems PJSC un Ericsson ir noslēguši sadarbības līgumus 5G tehnoloģijas attīstībā un ieviešanā Krievijā. Pilotprojektos, tostarp 2018. gada Pasaules kausa izcīņas laikā, MTS plāno pārbaudīt Zviedrijas pārdevēja attīstību. Nākamā gada sākumā operators sāks dialogu ar Telekomunikāciju un masu komunikāciju ministriju par piektās paaudzes mobilo sakaru tehnisko prasību veidošanu.
Sergejs Čemezovs: Rostec jau ir viena no desmit lielākajām inženierzinātņu korporācijām pasaulē
Rostec vadītājs Sergejs Čemezovs intervijā RBC atbildēja uz aktuāliem jautājumiem: par Platon sistēmu, AVTOVAZ problēmām un perspektīvām, VK interesēm farmācijas biznesā, runāja par starptautisko sadarbību sankciju kontekstā. spiediens, importa aizstāšana, reorganizācija, attīstības stratēģija un jaunas iespējas grūtos laikos.
Rostec “nožogo sevi” un iejaucas Samsung un General Electric laurus
Rostec padome apstiprināja “Attīstības stratēģiju līdz 2025. gadam”. Galvenie mērķi ir palielināt augsto tehnoloģiju civilo produktu īpatsvaru un panākt General Electric un Samsung galvenajos finanšu rādītājos.
Tagad apskatīsim funkciju x = f(t), kas attēlo kādu skaņu vai kādu citu vibrāciju. Ļaujiet šīs svārstības aprakstīt ar grafiku uz laika intervālu (16.2. att.).
Lai apstrādātu šo signālu datorā, jums tas ir jāizlasa. Šim nolūkam laika intervāls ir sadalīts N-1 daļās
Rīsi.
16.2.
un funkcijas x 0 , x 1 , x 2 , ..., x N-1 vērtības tiek saglabātas N punktiem uz intervālu robežām. Rezultātā tiešā diskrētā Furjē transformācija
N vērtības X k var iegūt saskaņā ar (16.1). Ja tagad piesakāmies apgrieztā diskrētā Furjē transformācija
| (16.8) |
, tad tiks iegūta sākotnējā secība (x n). Sākotnējā secība sastāvēja no reāliem skaitļiem, un secība (X k) parasti ir sarežģīta. Ja mēs pielīdzinām tās iedomāto daļu nullei, mēs iegūstam: Salīdzinot šo formulu ar harmoniku formulām (16.4) un (16.6), redzam, ka izteiksme (16.8) ir dažādu frekvenču, fāžu un amplitūdu N harmonisko svārstību summa. Tas ir, fiziskā nozīme diskrētā Furjē transformācija
sastāv no kāda diskrēta signāla attēlošanas kā harmoniku summas. Katras harmonikas parametrus aprēķina ar tiešo Furjē transformāciju, un harmoniku summu aprēķina ar apgriezto. Tagad, piemēram, "zemas caurlaidības filtra" darbība, kas "izgriež" no signāla visas frekvences, kas pārsniedz noteiktu norādīto vērtību, var vienkārši iestatīt koeficientus, kas atbilst frekvencēm, kuras nepieciešams noņemt, līdz nullei. Pēc apstrādes tas tiek izpildīts.
apgrieztā konversija Īpatnības digitālo signālu apstrāde
Apskatīsim nerekursīvā filtrēšanas algoritma piemēru. Ierīces, kas īsteno šo algoritmu, struktūra ir parādīta attēlā. 16.3.
Apstrāde sastāv no izejas signāla Y[k] ģenerēšanas, pamatojoties uz N pēdējo ieejas paraugu x[k] vērtībām, kas tiek saņemti ierīces ieejā pēc noteikta laika intervāla T. Saņemtie paraugi tiek glabāti apļveida bufera šūnās. Kad tiek saņemts nākamais paraugs, visu bufera šūnu saturs tiek pārrakstīts uz blakus pozīciju, vecākais paraugs atstāj buferi, bet jaunais tiek ierakstīts tā zemākajā šūnā.
 |
(16.9) |
Analītiski nerekursīva filtra darbības algoritms ir uzrakstīts šādi:
Paraugi no bufera elementu izejām tiek nosūtīti uz reizinātājiem, kuru otrās ieejas saņem koeficientus a i . Produktu rezultātus saskaita un veido izejas signāla Y[k] paraugu, pēc kura bufera saturs tiek nobīdīts par 1 pozīciju un atkārtots filtra darbības cikls. Izejas signāls Y[k] jāaprēķina pirms nākošā ieejas signāla pienākšanas, tas ir, intervālā T. Tāda ir ierīces reāllaika darbības būtība. Laika intervālu T nosaka paraugu ņemšanas biežums, ko nosaka filtra pielietojuma apgabals. Atbilstoši Koteļņikova teorēmai diskrētā signālā periods, kas atbilst augstākajai reprezentējamajai frekvencei, atbilst diviem iztveršanas periodiem. Apstrādājot audio signālu, paraugu ņemšanas frekvenci var ņemt 40 kHz. Šajā gadījumā, ja nepieciešams ieviest 50. kārtas digitālo nerekursīvo filtru, tad jāveic 50 reizināšanas un 50 reizināšanas rezultātu uzkrāšanas laikā 1/40 kHz = 25 μs. Video signāla apstrādei laika intervāls, kurā jāveic šīs darbības, būs par vairākām kārtām īsāks.
Ja ievades secības DFT veicat tieši, stingri saskaņā ar sākotnējo formulu, tas prasīs daudz laika. Aprēķinot pēc definīcijas (N vārdu summa N reizes), mēs iegūstam N 2 kārtas vērtību.
Tomēr jūs varat iztikt ar ievērojami mazāku darbību skaitu.
Populārākais no paātrināto DFT aprēķinu algoritmiem ir Kūlija-Tūkija metode, kas ļauj aprēķināt DFT paraugu skaitam N = 2k laikā, kas ir aptuveni N*log 2 N (tātad nosaukums - ātra Furjē transformācija, FFT vai angļu valodā FFT — ātra Furjē transformācija). Šīs metodes galvenā ideja ir rekursīvi sadalīt skaitļu masīvu divās apakšmasīvās un samazināt DFT aprēķinu no visa masīva līdz DFT aprēķināšanai no apakšmasīviem atsevišķi. Šajā gadījumā sākotnējā masīva sadalīšanas apakšmasīvās process tiek veikts, izmantojot bitu apgrieztās šķirošanas metodi (bit- apgrieztā šķirošana).
Pirmkārt, ievades masīvs tiek sadalīts divās apakšmasīvās - pāra un nepāra skaitļos. Katrs no apakšblokiem tiek pārnumurēts un atkal sadalīts divos apakšblokos – ar pāra un nepāra skaitļiem. Šī šķirošana turpinās, līdz katra apakšmasīva izmērs sasniedz 2 elementus. Rezultātā (ko var parādīt matemātiski) katra sākotnējā elementa numurs binārajā sistēmā tiek apgriezts. Tas ir, piemēram, viena baita skaitļiem binārais skaitlis 00000011 kļūs par numuru 110000000, skaitlis 01010101 kļūs par numuru 10101010.
Ir FFT algoritmi gadījumiem, kad N ir patvaļīga pirmskaitļa pakāpe (nevis tikai divi), kā arī gadījumiem, kad N ir jebkura paraugu skaita pirmskaitļu pakāpju reizinājums. Tomēr FFT, kas ieviests, izmantojot Cooley-Tukey metodi gadījumam N = 2k, ir kļuvis par visplašāk izmantoto. Iemesls tam ir tas, ka algoritmam, kas izveidots, izmantojot šo metodi, ir vairākas ļoti labas tehnoloģiskās īpašības:
- algoritma struktūra un tā pamatoperācijas nav atkarīgas no paraugu skaita (mainās tikai pamatoperācijas palaišanas skaits);
- algoritms ir viegli paralēls, izmantojot pamatoperāciju un konveijers, kā arī viegli kaskādējams (FFT koeficientus 2N paraugiem var iegūt, pārvēršot divu FFT koeficientus pār N paraugiem, kas iegūti, “decimatējot” sākotnējos 2N paraugus caur vienu);
- Algoritms ir vienkāršs un kompakts, ļauj apstrādāt datus “vietā” un neprasa papildu operatīvo atmiņu.
Viena mikroshēma mikrokontrolleri un pat vispārējas nozīmes mikroprocesori darbojas salīdzinoši lēni, veicot DSP specifiskas darbības. Turklāt prasības analogā signāla pārveidošanas kvalitātei pastāvīgi pieaug. IN signālu mikroprocesorišādas darbības tiek atbalstītas aparatūras līmenī un tāpēc tiek veiktas diezgan ātri. Reāllaika darbībai procesoram ir arī jāatbalsta aparatūras līmeņa darbības, piemēram, pārtraukumu apstrāde un programmatūras cilpas.
Tas viss noved pie tā, ka D.S. P-procesori, kas arhitektoniski ietver daudzas vispārējas nozīmes mikroprocesoru funkcijas, īpaši ar RISC arhitektūra, tātad vienas mikroshēmas mikrokontrolleri, tajā pašā laikā būtiski atšķiras no tiem. Universāls mikroprocesors papildus tīri skaitļošanas operācijām kalpo kā vienojoša saite visam mikroprocesoru sistēma, jo īpaši dators.
Tam jākontrolē dažādu aparatūras komponentu darbība, piemēram, diskdziņi, grafiskie displeji, tīkla interfeiss lai nodrošinātu to saskaņotu darbu. Tas noved pie diezgan sarežģītas arhitektūras, jo tai ir jāatbalsta gan veselu skaitļu aritmētika, gan darbības ar peldošais punkts pamatfunkcijas, piemēram, atmiņas aizsardzība, daudzprogrammēšana, ārstēšana vektorgrafika tml. Rezultātā tipiskajam universālajam mikroprocesoram ar CISC – un bieži vien RISC – arhitektūru ir vairāku simtu instrukciju sistēma, kas nodrošina visu šo funkciju izpildi, un atbilstošs aparatūras atbalsts. Tas noved pie nepieciešamības, lai šādā MP ir desmitiem miljonu tranzistoru.
Tajā pašā laikā DSP procesors ir ļoti specializēta ierīce. Tās vienīgais uzdevums ir ātri apstrādāt digitālo signālu straumi. Tas galvenokārt sastāv no ātrgaitas aparatūras shēmām, kas darbojas aritmētiskās funkcijas un bitu manipulatori, kas optimizēti, lai ātri apstrādātu lielu datu apjomu. Šī iemesla dēļ komandu komplekts DSP daudz mazāk nekā universālajam mikroprocesoram: to skaits parasti nepārsniedz 80. Tas nozīmē, ka priekš DSP ir nepieciešams viegls komandu dekodētājs un daudz mazāks izpildmehānismu skaits. Turklāt visām izpildes vienībām galu galā ir jāatbalsta augstas veiktspējas aritmētiskās darbības. Tik tipiski DSP procesors sastāv ne vairāk kā no vairākiem simtiem tūkstošu (un ne desmitiem miljonu, kā mūsdienu CISC-MP) tranzistoru. Šī iemesla dēļ šādi MP patērē mazāk enerģijas, kas ļauj tos izmantot ar baterijām darbināmos produktos. To ražošana ir ārkārtīgi vienkāršota, tāpēc tos var izmantot lētās ierīcēs. Zema kombinācija enerģijas patēriņš un zemās izmaksas ļauj tos izmantot ne tikai augsto tehnoloģiju jomās telekomunikācijas, bet arī mobilajos tālruņos un robotu rotaļlietās.
Atzīmēsim galveno digitālo signālu procesoru arhitektūras iezīmes:
- Hārvardas arhitektūra, kuras pamatā ir instrukciju atmiņas un datu atmiņas fiziska un loģiska atdalīšana. Taustiņu komandas DSP procesors ir vairāku operandu, un to darbības paātrināšanai nepieciešama vairāku atmiņas šūnu vienlaicīga nolasīšana. Attiecīgi mikroshēmai ir atsevišķas adrešu un datu kopnes (dažos procesoru tipos ir vairākas adrešu un datu kopnes). Tas ļauj apvienot operandu ienešanu un instrukciju izpildi laikā. Lietošana modificēta Hārvardas arhitektūra pieņem, ka operandus var saglabāt ne tikai datu atmiņā, bet arī instrukciju atmiņā kopā ar programmām. Piemēram, ciparu filtru ieviešanas gadījumā koeficienti var tikt saglabāti programmas atmiņā un datu vērtības datu atmiņā. Tāpēc koeficientu un datus var izvēlēties vienā mašīnas ciklā. Lai nodrošinātu, ka instrukcija tiek iegūta tajā pašā mašīnas ciklā, mašīnas cikla laikā divreiz tiek piekļūts programmas kešatmiņai vai programmas atmiņai.
- Lai samazinātu vienas no galvenajām digitālo signālu apstrādes operācijām - reizināšanas - izpildes laiku tiek izmantots aparatūras reizinātājs. Universālajos procesoros šī darbība tiek īstenota vairākos maiņu un pievienošanas ciklos un aizņem daudz laika, bet DSP procesori Pateicoties specializētajam reizinātājam, ir nepieciešams tikai viens cikls. Iebūvētā aparatūras reizināšanas shēma ļauj veikt galveno DSP darbību 1 pulksteņa ciklā - reizināšana ar uzkrāšanu ( MultiIPly — Uzkrāt — MAC) 16 un/vai 32 bitu operandiem.
- Aparatūras atbalsts apļveida buferiem. Piemēram, filtram, kas parādīts attēlā. 16.3, katru reizi, kad tiek aprēķināts izejas signāla paraugs, tiek izmantots jauns ieejas signāla paraugs, kas tiek saglabāts atmiņā vecākā vietā. Šādam cirkulējošam buferim var izmantot fiksētu RAM apgabalu. Šajā gadījumā aprēķinu laikā tiek ģenerētas tikai secīgas RAM adrešu vērtības neatkarīgi no tā, kāda darbība - rakstīšana vai lasīšana - pašlaik tiek veikta. Ciklisko buferu aparatūras ieviešana ļauj programmā iestatīt bufera parametrus (sākuma adresi, garumu) ārpus filtrēšanas cilpas korpusa, kas ļauj samazināt programmas cikliskās sadaļas izpildes laiku.
- Komandu cikla ilguma samazināšana. To lielā mērā nodrošina RISC procesoriem raksturīgās tehnikas. Galvenās no tām ir vairuma instrukciju operandu izvietošana reģistros, kā arī konveijera instrukciju un mikroinstrukciju līmenī. Konveijeram ir no 2 līdz 10 posmiem, kas ļauj vienlaicīgi apstrādāt līdz 10 komandām dažādos izpildes posmos. Tas izmanto reģistru adrešu ģenerēšanu paralēli aritmētisko darbību izpildei, kā arī vairāku portu atmiņas piekļuvi. Tas ietver arī paņēmienu, kas raksturīgs universālajiem mikroprocesoriem ar EPIC arhitektūra, piemēram, ļoti garu vārdu garuma (VLIW) instrukciju izmantošana, kas ģenerēta programmas kompilācijas posmā. Iepriekš apspriestais arī kalpo tam pašam mērķim. Hārvardas arhitektūra procesors, raksturīgs vienas mikroshēmas mikrokontrolleriem.
- Iekšējās atmiņas klātbūtne procesora mikroshēmā, kas padara DSP līdzīgus vienas mikroshēmas MK. Procesorā iebūvētā atmiņa parasti ir daudz ātrāka nekā ārējā atmiņa. Iebūvētās atmiņas klātbūtne var ievērojami vienkāršot sistēmu kopumā, samazināt tās izmēru, enerģijas patēriņu un izmaksas. Iekšējās atmiņas ietilpība ir noteikta kompromisa rezultāts. Palielinot to, tiek paaugstinātas procesora cenas un palielinās enerģijas patēriņš, kā arī ierobežotā programmu atmiņas ietilpība neļauj glabāt sarežģītus algoritmus. Vairums D.S. Fiksēta punkta P-procesoriem ir neliela iekšējās atmiņas ietilpība, parasti no 4 līdz 256 KB, un maza platuma ārējās datu kopnes, kas savieno procesoru ar ārējo atmiņu. Tajā pašā laikā peldošā komata DSP parasti ietver darbu ar lielām datu kopām un sarežģītiem algoritmiem, un tiem ir vai nu lielas ietilpības iebūvētā atmiņa, vai lielas adrešu kopnes ārējās atmiņas (un dažreiz arī abu) savienošanai.
- Plašas iespējas aparatūras mijiedarbībai ar ārējām ierīcēm, tostarp:
- plašs interfeisu klāsts, tostarp CAN industriālie lokālā tīkla kontrolleri, iebūvētās komunikācijas (SCI) un perifērijas (SPI) saskarnes, I2C, UART;
- vairākas analogo signālu ieejas un attiecīgi iebūvēts ADC;
- izejas kanālu impulsa platuma modulācija (PWM);
- izstrādāta ārējo pārtraukumu sistēma;
- tiešās atmiņas piekļuves kontrolieri.
- Dažas DSP saimes nodrošina īpašu aparatūru, kas atvieglo daudzprocesoru sistēmu izveidi paralēla datu apstrāde lai palielinātu produktivitāti.
- DSP procesorus plaši izmanto mobilajās ierīcēs, kur enerģijas patēriņš ir galvenais raksturlielums. Lai samazinātu enerģijas patēriņš Signālu procesori izmanto dažādas metodes, tostarp samazina barošanas spriegumu un ievieš jaudas pārvaldības funkcijas, piemēram, dinamisko. pulksteņa frekvence, pārslēdzoties miega vai gaidstāves režīmā vai izslēdzot perifērijas ierīces, kuras pašlaik netiek izmantotas. Jāpiebilst, ka šie pasākumi būtiski ietekmē procesora ātrumu un, ja tos izmanto nepareizi, var izraisīt projektētās ierīces nedarbojamību (kā piemēru var minēt dažus mobilos tālruņus, kas kļūdu rezultātā kontroles programmas, samazināta komandu kopa, DSP procesori izmanto arī aparatūras atbalstītas instrukcijas, kas raksturīgas MMX apstrādei, piemēram, komandas minimuma un maksimuma atrašanai, absolūtās vērtības iegūšanai, saskaitīšanai ar piesātinājumu, kurās pārpildes gadījumā, pievienojot divus skaitļus, rezultātam tiek piešķirta maksimālā iespējamā vērtība dotajā bitu režģī. Tas samazina cauruļvadu konfliktus un uzlabo procesora efektivitāti.
Savukārt DSP satur vairākas komandas, kuru esamību nosaka to pielietojuma specifika un kuras līdz ar to cita veida mikroprocesoros ir sastopamas reti. Pirmkārt, tas, protams, ir norādījums reizināt un uzkrāt adreses bitu summu.
Programmēšanašīs klases mikroprocesoriem ir arī savas īpašības. Nozīmīgās izstrādātāja ērtības, kas parasti saistītas ar augsta līmeņa valodu izmantošanu, bieži vien rada mazāk kompaktu un ātrāku kodu. Tā kā DSP funkcijām ir nepieciešama darbība reāllaikā, tas rada nepieciešamību izmantot jaudīgākus un dārgākus DSP, lai atrisinātu tās pašas problēmas. Šī situācija ir īpaši kritiska liela apjoma produktiem, kur jaudīgāka DSP vai papildu procesora izmaksu atšķirībai ir liela nozīme. Tajā pašā laikā mūsdienu apstākļos izstrādes ātrums (un līdz ar to arī jauna produkta izlaišana tirgū) var dot vairāk ieguvumu nekā laiks, kas pavadīts koda optimizēšanai, rakstot programmu montētājā.
Kompromisa pieeja šeit ir izmantot komplektētāju, lai rakstītu laika kritiskākās un resursietilpīgākās programmas sadaļas, savukārt galvenā programmas daļa ir rakstīta augsta līmeņa valodā, parasti C vai C++.
