Wykład 5:

Mikroprocesory sygnałowe -wstęp:

zastosowania i rodzinyarchitekturapodstawowe operacje ALU

Zastosowania procesorów sygnałowych - dźwięk

-obróbka dźwięku: - korektory- efekty specjalne (echo, pogłos, dodawanie głębi), - filtracja- usuwanie echa (ang.echo cancellation) (telefony

komórkowe, łączność cyfrowa)

-przetwarzanie dźwięku: - zniekształcanie- kodowanie (CD, MP3, telefon i radio cyfrowe)- rozpoznawanie mowy- synteza mowy- systemy aktywnego wyciszania (słuchawki obsługi

technicznej lotnisk, dźwięk transformatora energetycznego, hałas wentylatora w komputerze PC, ...)

- echolokacja i lokalizacja bierna: sonary ultradźwiękowe, wykrywanie, lokalizacja i identyfikacja obiektów (przykład „szyk mikrofonów”)

Zastosowania procesorów sygnałowych - obraz

-obróbka obrazu: - regulacja parametrów (barwa, nasycenie,kontrast)- „obraz w obrazie”- korektory- przechwytywanie i zatrzymywanie

-przetwarzanie obrazu: - kodowanie/kompresja (JPG, DIVX)- rozpoznawanie obrazów (medycyna, „oczy” robotów)- synteza obrazu (w prostszych systemach graficznych)- zmiana rozdzielczości, interpolacja

Zastosowania procesorów sygnałowych - sterowanie

-sterowanie maszyn elektrycznych: - wieloosiowe frezarki i tokarki numeryczne - nowoczesny napęd pojazdów elektrycznych - roboty przemysłowe

-inne: - układy sztucznej inteligencji- autopilot- układy sterowania ruchu robotów- aparatura medyczna- kontrola poprawności działania procesów

przemysłowych- itp.

*materiał ze strony http://www.itee.uq.edu.au/~damien/GuRoo/photos.html

-frezarka CNC (Computer Numerical Control)

Rodziny procesorów sygnałowych

-Texas Instruments: - stałoprzecinkowe 16-bitowe: TMSC32-2xx- zmiennoprzecinkowe 32-bitowe:

TMSC320-6xx

- dedykowane: TMS24xx, TMS28xx-Analog Devices:

- stałoprzecinkowe 16-bitowe: ADSP21xx- zmiennoprzecinkowe 32-bitowe:

ADSP21xxx- dedykowane: ADMCx01, ADMC2199x

-Motorola: - stałoprzecinkowe 24-bitowe: DSP56xxx

-mikroprocesory z dodatkową jednostką DSP: - jednostka MACC, architektura Harvard

Rodziny procesorów sygnałowych-Elementy procesora sygnałowego:

- układy arytmetyczno-logiczne ALU dostosowane do szybkiego wykonywania działań typu mnożenie i dodawanie (jednostka Multiple and Accumulate MACC)

- operowanie na sygnałach rzeczywistych (stało lub zmiennoprzecinkowych)

- mechanizmy nasycania wyniku, zaokrąglania- mechanizmy do szybkiego indeksowania wektorów

(tablic) i macierzy- szybka jednostka przesuwająca bity (Shifter)

głównie procesory stałoprzecinkowe- elementy wejścia i wyjścia (I/O): przetworniki

analogowo/cyfrowe i cyfrowo/analogowe, szybkie interfejsy szeregowe,

- szybka pamięć typu Harvard- sprawna jednostka przetwarzająca (CPU) - często

zwielokrotnione jednostki ALU

01

[ ]N

i ii

y k w x w

Architektura procesorów sygnałowych

-Architektura jednego z modeli serii ADSP21xx

Architektura procesorów sygnałowych

-Rozwój serii 21xx

Architektura procesorów sygnałowych

-Architektura dedykowanego procesora ADMC-21991

Architektura procesorów sygnałowych

-Rozwój serii 21xxx

Architektura procesorów sygnałowych

-Architektura jednego z modeli serii 210xx (Sharc)

Architektura procesorów sygnałowych

-Architektura modelu serii 211xx (Sharc)

Jednostki obliczeniowe-Jednostka ALU (21xx)

-R = X + Y Add X and Y operands-R = X + Y + CI Add X and Y operands and carry-in bit-R = X – Y Subtract Y from X operand-R = X – Y + CI - 1 Subtract Y from X operand with “borrow”-R = Y – X Subtract X from Y operand-R = Y – X + CI - 1 Subtract X from Y operand with “borrow”-R = – X Negate X operand (twos-complement)-R = – Y Negate Y operand (twos-complement)-R = Y + 1 Increment Y operand-R = Y – 1 Decrement Y operand-R = PASS X Pass X operand to result unchanged-R = PASS Y Pass Y operand to result unchanged-R = 0 (PASS 0) Clear result to zero-R = ABS X Absolute value of X operand-R = X AND Y Logical AND of X and Y operands-R = X OR Y Logical OR of X and Y operands-R = X XOR Y Logical Exclusive OR of X and Y operands-R = NOT X Logical NOT of X operand (ones-complement)-R = NOT Y Logical NOT of Y operand (ones-complement)

Jednostki obliczeniowe

-Jednostka MAC (21xx)

MR=X*Y Multiply X and Y operands.

MR=MR+X*Y Multiply X and Y operands and add result to MR register.

MR=MR–X*Y Multiply X and Y operands and subtract result from MR register.

MR=0 Clear result (MR) to zero.

Jednostki obliczeniowe

-SHIFTER (21xx)

• Arithmetic Shift (ASHIFT)

-• Logical Shift (LSHIFT)

-• Normalize (NORM)

-• Derive Exponent (EXP)

-• Block Exponent Adjust (EXPADJ)

Warunkowe operacje ALU/ MAC/ Shifter

-Instrukcje wykonywane warunkowo:IF warunek instrukcja

-Jednoczesnie wykonywane operacje:

ALU, MAC, Shifter, pobranie danej z pamięci programu, pobranie danej z pamięci danych

Np.: AR=ABS X0, MR=MR+MX*MY, SR=LSHIFT SI BY -1MR=MR+MX0*MY0, X0=DM(I1,M1), MX=PM(I0,M0)

Przykład programu

Inne operacje arytmetyczne