Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++
Предисловие
В настоящее время цифровые сигнальные процессоры, или сокращенно DSP (Digital Signal Processor), приобрели большую популярность в мире и даже признаны отдельной областью науки и техники.
Эта книга является практическим руководством по самостоятельному изучению и применению на практике одного из цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices. Она включает в себя подробное описание процессора, схемы для его практического применения и технологию программирования.
Книга написана простым языком и позволяет очень быстро освоить сигнальный процессор и применить его на практике в собственных разработках, включает в себя разработанные автором книги практические схемы с применением сигнального процессора, исходные тексты программ и схемы вспомогательных устройств, полезных при отладке программ для процессора.
Состоит из четырех частей: часть I посвящена схемотехнике сигнальных процессоров; в части II рассмотрено программирование устройств; далее в части III описаны вычислительные и аппаратные устройства; в части IV представлены установка, запуск, работа, спектральный анализ сигнала, а также программирование на СИ в среде разработки Visual DSP++.
На прилагаемом электронном диске находятся исходные тексты и исполняемые файлы программ из книги, а также некоторые полезные утилиты и средства разработки программного обеспечения для сигнальных процессоров.
Изучив материалы этой книги, читатель получит фундаментальные знания, с помощью которых легко освоит другие типы сигнальных процессоров.
Книга будет полезна как начинающим разработчикам, так и специалистам в области разработки цифровой электронной аппаратуры. Кроме того, она будет полезна студентам технических вузов, инженерам и программистам.
Часть I. Схемотехника
В этой части книги освещается история развития различных сигнальных процессоров и дается обзор технических характеристик сигнальных процессоров семейства ADSP-21XX. Кроме того, в ней приводится практическая схема применения процессора ADSP-2181, описываются его архитектура и программно- логическая модель, дается описание системы прерываний процессора.
Глава 1. Обзор
В настоящее время большую популярность приобрели цифровые сигнальные процессоры, или сокращенно DSP (digital signal processor). Эта книга приподнимет завесу таинственности этих компонентов и позволит читателям самостоятельно заняться их освоением и применением в собственных разработках.
Свое название сигнальные процессоры получили в связи с встроенной в них возможностью обработки звуковых и видеосигналов. Это реализовано благодаря высокой скорости работы этих процессоров и заложенной в них специальной системе команд поддерживающей функции цифровой фильтрации и быстрого преобразования Фурье. Ниже перечислены основные отличия сигнальных процессоров от обычных микропроцессоров.
• Наличие аппаратного умножителя.
• Наличие специальных блоков обработки данных.
• Специальная система команд для цифровой обработки сигналов.
• Высокое быстродействие.
• Внутренний умножитель тактовой частоты.
• RISC архитектура.
• Возможность одновременного выполнения нескольких команд.
• Гарвардская архитектура построения процессора.
• Наличие конвейеризации команд и данных.
• Наличие циклических буферов.
• Развитая система внешних интерфейсов.
Некоторые типы данного семейства процессоров имеют также встроенные аналого-цифровой преобразователь АЦП и цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, что позволяет подавать на процессор непосредственно аналоговые сигналы, которые после оцифровки обрабатываются в цифровом виде этим же процессором. Под обработкой понимается, как правило, спектральный анализ сигнала, т.е. определение наличия в этом сигнале определенной частоты заданной амплитуды, фильтрация сигнала от ненужных частот, сравнение сигнала с эталонным сигналом-шаблоном, синтез и генерация речи, сжатие и декомпрессия звуковых и видеосигналов и т.п. В современном мире существует огромное количество подобных задач в самых различных областях человеческой деятельности. Решение этих задач требуется в радиоэлектронике, радиолокации, навигации, связи, медицине, автомобильной промышленности, космонавтике и др. наукоемких областях. Ввиду своей важности, цифровая обработка сигналов в настоящее время признана даже отдельной областью науки и техники. По всему видно, что для этих процессоров открывается большое будущее. Именно поэтому, находясь у истоков развития сигнальных процессоров, важно вовремя познакомиться с ними, чтобы в дальнейшем они не казались нам недоступными и закрытыми.
Проведем небольшой экскурс в историю развития данного семейства процессоров. Первые сигнальные процессоры появились в начале 80-х годов. Одной из первых компаний начавшей производство этих процессоров, была японская корпорация NEC, выпустившая однокристальный сигнальный процессор MPD7720. Однако этот процессор не получил широкого распространения, поскольку в 1982 г. на смену ему пришел более производительный и развитый процессор TMS32010, выпущенный фирмой Texas Instruments. Благодаря удачной архитектуре и ряду технических решений он стал стандартом де-факто для сигнальных процессоров. Ниже приведены основные технические характеристики данного процессора.
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
