مقارنة أداء أجهزة التناظر وأدوات تكساس Dsp Processors في التطبيقات في الوقت الحقيقي

مقدمة إلى عملية تجهيز الإشارات الرقمية في الوقت الحقيقي

وتطالب معالجة الإشارات الرقمية في الوقت الحقيقي بمجهزي أجهزة معالجة قادرة على تنفيذ الخوارزميات المعقدة في حدود ضيق الوقت، وكثيرا ما تكون ذات سمة محددة وضخة عالية، وتستلزم تطبيقات مثل التجهيز الصوتي، والمراقبة الصناعية، والرادار، والتصوير الطبي برامجيات ذات طابع اقتصادي متوازن، وكفاءة في استخدام الطاقة الكهربائية، والتكامل في فترة زمنية محددة، كما تساعد لاعبين مهيمنين في عملية المقارنة بين الأجهزة الفضائية والصور الأمثل.

لمحة عامة عن أجهزة القياس

وتُعرف أجهزة التناظر عن برامجياتها الخاصة بالتشغيل العالي الأداء، ولا سيما برنامج SHARC (الملحق الأول للحساب الإلكتروني الموحد للفصل الواحد) والأسر ذات الصلصة السوداء، إلى جانب سلسلة النمر والتجمعات الكبرى، وتستهدف هذه المجهزات تطبيقات كثيفة الدقة.

SHARC Processors

(ج) تصميم برامجيات SHARC DSPs من أجل حرق أجهزة قياسية ذات نقاط محجوبة، وهي تستخدم على نطاق واسع في التصوير الصوتي والطبي المهني، والتشغيل الصناعي، وهي تقدم أجهزة ذات قدرة عالية على إنتاج المواد الكيميائية (بملايين عمليات النقاط العائمة في الثانية) وتذكرة كبيرة في الهواء، وتشمل آخر مجموعات المواد الأساسية المعقدة من المواد الكيميائية (ARMSP-SC5x) الركيزتين الأساسيتين، والمرتجلات المتكاملة للمعدات

مجهزو بلاكفين

ويجمع المجهزون بلاكفين بين مجموعة من المواد الكيميائية من طراز DSP تبلغ من 16/32 إلى درجة الميكروفون، ويوفرون هيكلا موحدا لكل من المراقبة وتجهيز الإشارات، ويتفوقون في التطبيقات ذات القدرة المنخفضة، مثل الأجهزة الصوتية المحمولة، والمحللة بالفيديو، وأجهزة التكتل بالسيارات، ويدعم المجهزون بلاكفين إدارة الطاقة الحرارية الثابتة ذات النقاط الرئيسية.

TigerSHARC and Legacy

وكانت مجهزات برنامج " تيجر شاك " من بين أسرع برامجيات المساعدة الإنمائية الرسمية في التطبيقات العسكرية والاتصالات، ورغم أن التصميمات الجديدة قد حلت محلها إلى حد كبير، فإن العديد من النظم القديمة لا تزال تستخدم هذه المجهزات، ولا تزال الرابطة تدعمها بأدوات إنمائية وتوافرها على المدى الطويل.

لمحة عامة عن صكوك تكساس

وتوفر صكوك تكساس أوسع نطاق من برامج الرعاية الاجتماعية، مصنفة في ثلاث أسر رئيسية هي: C5000 (الكهرباء المنخفضة)، و C6000 (الأداء العالي)، و C2000 (التحكم في الوقت الحقيقي).

TMS320C6000 Series

The C6000 family, including the C64x+, C66x, and newer C674x, features very long instruction word (VLIW) structures that achieve high performance in both fixed — and floating‐point operations and these processors are used in communications infrastructure, test equipment, and medical instrumentation. The C66x includes multiple cores on a singleرق, each capable of 40 GMACS (billion multiplycumulate 1.2

TMS320C5000 Series

وتُستَفَد سلسلة الـ 5000 على النحو الأمثل لاستهلاك الطاقة الكهربائية من الموجات فوق البنفسجية، مما يجعلها مثالية للأجهزة التي تعمل بالبطارية مثل أجهزة السمع، واللاعبين الصوتيين المحمولين، ومجسات إيوت، وتشتمل هذه المجهزات على هيكل مزدوج ومعجلات معدات لأجهزة التكتل الموحدة لنظام الأفضليات المعمم، وتشغل آخر نواة من طراز C55x أقل من 0.15 mA/MIPS.

TMS320C2000 Series

وتتخصص مجهزات C2000 في تطبيقات الرقابة في الوقت الحقيقي مثل المحركات المتحركة، والطاقة الرقمية، ونظم الطاقة المتجددة، وهي تجمع بين نواة نظام إدارة المعلومات الاجتماعية ومجموعة من المواظب المتحكمين في الميكروفلور (PWM، ورابطة التعاون التقني، والوصل بين أجهزة الاتصال) وتنظم حلقات المراقبة مع فترات الاستجابة المحددة، كما أن أسرة C2000 معروفة أيضاً بملامحها الواسعة النطاق المتعلقة بالسلامة والأمن.

الاختلافات في المحفوظات وتأثيرها على الأداء

الهيكل الأساسي

وتستخدم المؤسسة هيكلاً عائماً حقيقياً من حيث نقطة الحروف مع حافلات مكرّسة للبيانات والبرامج، مما يتيح التعليمات المتزامنة والوصول إلى البيانات، وهذا الهيكل يقلل من اختناقات الذاكرة ويوصل منافذ عالية غير قابلة للاستمرار، وعلى النقيض من ذلك، تستخدم شركة TI ' C6000 ' هيكلاً من طراز VLIW يعتمد على التوازي القائم على التجمّع؛ وتُجمّع في مجموعات من رموز الأداء العالية، وتُرسل إلى وحدات وظيفية متعددة.

Memory Hierarchy

وتشمل أجهزة معالجة الأوبئة ذات الصلة عادة أجهزة الدفع المغنطيسي ذات التردد العالي (حتى عدة ميغابايت) ذات فتحات مصرفية للوصول إلى المتزامن، كما تدعم أجهزة SHARC الذاكرة الخارجية SDRAM وDDR3.

Instruction Set and SIMD

وتشمل المبادرة تعليمات SIMD (Single Instruction Multiple Data) في معظم برامجيات إدارة الدعم الميداني، مما يتيح التنفيذ الموازي لعمليات طاردات متعددة.كما يدعم برنامج تكنولوجيا المعلومات C6000 عمليات إدارة المعلومات عن طريق استخدام وحدات وظيفية قادرة على أداء عمليات متعددة من طراز 16 إلى 20 أو 32 عملية ذات نطاق مقسم، ويوفر البائعان معاً تمديداً لتجهيز ناقلات المواد الكيميائية المتقدمة مثل نظام تخطيط العمليات ومصفوفات متعددة.

مقاييس الأداء: ما بعد سرعة كلوك

وفي حين أن سرعة ساعات العمل الخام هي قياس واضح، فإن الأداء في الوقت الحقيقي يتوقف على التعليمات في كل دورة، وفترة الذاكرة، والارتباك في فترات الدوام.

-البطولة المتحركة ضدّ الـ "بُنّة" المُختلطة

أما مجهزو شركة ADI SHARC فهما يطفوان محليا، ويحدّدان ببساطة تطور الخوارزمية ويتجنبان توسيع نطاق القضايا، ويتيح C66x للسكان الأصليين نقطة عائمة (الدقيقة المزدوجة والدقيقة) كذلك، بينما تكون البيانات ذات النطاق الترددي C5000 و C —2000 ثابتة أساسا، أما بالنسبة للطلبات التي تتطلب نطاقا ديناميا (مثل الطاقة السمعية والرادار) فتصبح من المفيدة العملية ذات النطاقات ذات الكفاءة العالية.

عمليات حفظ السلام والعمليات لكل دورة

وتعد عمليات التراكم المتعدد الجوانب لكل دورة مؤشراً رئيسياً للأداء، ويمكن أن يؤدي نواة " SHARC+ " التابعة لمؤسسة ADI إلى 2 ميغاواط في كل دورة (بالنسبة للحساب الخماسي المعقد) باستخدام " SIMD " ، في حين يمكن أن تؤدي مجموعة من الـ C66x واحدة ما يصل إلى 8 ميغاواط في كل دورة (32 - 16 نقطة حرارية) نظراً لوحدتها الوظيفية متعددة.

التسميات الحقيقية

ومن الميزات الحاسمة التي يتمتع بها هيكل المركز الاستشاري المشترك للشؤون الإنسانية في أفريقيا في أفريقيا، هو فترات انقطاعه المحددة، ووقوعه للذاكرة نتيجة لتجنب وجود مخابئ في العديد من النماذج، وقد يعاني مجهزو مشروع " تي سي 6000 " الذين لديهم مخابئ متعددة المستويات من فوات الخياطة التي تُحدث أسوأ فترة إعدام، غير أن المعهد يوفر آليات لتحديد أماكن العمل وذاكرة محلية مكرونة لتخفيف هذا التصميم.

كفاءة الطاقة والإدارة الحرارية

إن استهلاك الطاقة هو مفرق رئيسي، لا سيما في البيئات المحمولة والضيقة حرارية.

الحلول ذات الصلة بالطاقة المنخفضة

أما سلسلة صكوك تكساس C5000 فهي القائد الواضح في كفاءة الطاقة: فالاستهلاك النموذجي يتراوح بين 0.15 ميغاواط/MIPS بالنسبة لب C55x، كما أن برنامج " بلاكفين " يوفر أيضاً زيادة دينامية في الطاقة، ولكن النماذج الأقل قدرة بلاكفين (مثل BF60x) تستهلك حوالي 0.5 ميغاواط/MIPS. وبالنسبة للطلبات التي تتطلب في كثير من الأحيان حياة البطاريات (مثلاولة السمعية، وأجهزة الاستشعار من طراز CoT)(10).

التجارة العالية الأداء

وفي النهاية العالية، يمكن للمجهزين الرئيسيين لمؤسسة ADI أن يستهلكوا أكثر من ٢ دبلوم في ١ جيهرتز، بينما تتراوح أجهزة الاستنشاق المتعددة العناصر المكونة لـ C66x من ١,٥ دبليو إلى ٥ دبلوما، حسب العدد الأساسي والاستخدامات المحيطة، وتصبح الإدارة الحرارية )بالوعارف الحرارية، والتبريد الاجباري للهواء( ضرورية لاستمرار التشغيل، وكثيرا ما تُفض َّل أجهزة الاستنشاق في بيئة صناعية تكون فيها عالية الحرارة.

رسوم إدارة الطاقة

ويدعم البائعان أساليب متعددة في مجال الطاقة: النشاط، والعكر، والنوم، والنوم العميق، والارتفاع الدينامي للحجم والتواتر في بعض أجزاء بلاكفين، ويتيح المشروع تطوير الفولطية التكييفية، والتحول الدينامي للطاقة في جهازيه الأكثر تقدماً في مجال C66x و C2000.

أدوات التنمية والنظم الإيكولوجية

البيئات الإنمائية المتكاملة

وتوفر أجهزة التلفاز الاستوديو المدمجة وأجهزة الفيديو الرقمية ++ للأجهزة القديمة، وتشمل هذه المؤشرات الاستخدام الأمثل لمجموعات البيانات C/C++++، والمحفز، وأدوات التنميط.

المكتبات ودعم الخوارزم

وتقدم المؤسسة الإنمائية المؤقتة وحدة الديوان التابعة لمؤسسة ساهاك (SHARC Audio Module) ومجموعة أدوات تجهيز الإشارات (SPT) للخرافييريات المشتركة مثل FFT، والتصفية، والرياضيات المصفوفة. وتوفر الشركة نظام إدارة المعلومات الإدارية (مكتبة التجهيز بالسيارات) وشركة IMGLIB (مكتبة تجهيز المركبات) لعمليات ثابتة العائمة، بالإضافة إلى مكتبات واسعة النطاق لمراقبة السيارات (SFRA2000، مكتبات رقمية).

RTOS and Middleware

ويدعم كل من البائعين نظم تشغيل متعددة في الوقت الحقيقي، ويعمل المعهد مع الأطراف الثالثة من أجهزة الفرز المزودة بأجهزة الأشعة المقطعية مثل ميكروك/أو-ثانياً وفريتروسوس، كما يقدم برنامج " تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-تي-ك " () الذي يشمل مراقبة السيارات.

المقارنات الدقيقة التطبيقية

السمعيات المهنية والصوتيات

وفي إطار الخلطات العالية، ومجهزي الآثار، والمتكلمين النشطين، تهيمن مجهزو المركز على الدقة في نقاط العبور الأصلية، والحافلات السمعية المنخفضة التردد، والضواحي السمعية المكرّسة (مثل S/PDIF, A2B). كما تستخدم أجهزة الـ C6000 التي تستخدمها الشركة في أقل ميكانيكيات حيث تقدم خامات عن طريق مسائل الإنتاج.

المراقبة الصناعية وقود السيارات

وسلسلة صكوك تكساس C2000 هي قائد السوق للتحكم في السيارات في الوقت الحقيقي مع وجود مواضع متكاملة في الحركة الشعبية لتحرير أزواد وشركة التعمير والتنمية الأفريقية تحقق معدلات حلقات دون المستوى الثاني، وتقدم شركة ADI ' ' بلاكفين`` قدرات مماثلة ولكنها تتطلب في كثير من الأحيان عناصر متماثلة خارجية، وتزيد تكاليف النظام، وتزيد من أجل تركيب أجهزة الاستشعار العالية الدقة (مثل الروبوتات)، وتعقد شركة SHARC مع الحد من نقطة التطور.

التصوير الطبي (الأشعة دون الصوتية، وقطع الغيار)

ويطالب التضخيم والتصوير الطبي بالصور الطبية بأداء عائم جداً، ويتنافس هنا معهد الدراسات العليا في جنوب أفريقيا والمركز الوطني للبحوث الزراعية وعلم النفس، ويقدم المعهد دعماً محدداً من الموجات فوق الصوتية (المحولات المتكاملة للناظرات الرقمية) ويقلل من مستوى التلازم، ويمكن للشركة أن تقوم بالعد الأعلى للأشعة السينية مع عدد كبير من المفاعلات المتعددة العناصر التي تركز على الأشعة المقطعية.

الهياكل الأساسية للاتصالات

وقد استعملت أجهزة تجهيز الترددات الأساسية في نظم الـ 4G في مرحلة مبكرة مجهزات الـ C6x؛ كما وجدت محطة تيار سي هاك دور، وتميل محطات قاعدية حديثة من طراز كي ستون إلى استخدام أجهزة الدفع المفلورة والصناعات المسبقة عن علم، ولكن كلا من أجهزة الاستنشاق والتجهيزات المتطورة تقدم الآن أجهزة سوكسيدس ذات النواة الـواة الخفية (ADSP-SC5x+FPGA, TI KeyStone SoCs).

التكلفة والقابلية للتسويق

أما مجهزو المركز العالي جداً فيتحملون عادة سعراً أعلى للوحدة (20-100+) ولكنهم يقللون تكلفة النظام بدمج الذاكرة الكبيرة والعديد من المواظب.() ويمكن أن تكون جميع العائلات التي تقدم بياناتها عن الفئة " جيم-5000 " و " جيم 2000 " منخفضة إلى ما يتراوح بين 2 و10 دولارات في الحجم، وبالنسبة للمنتجات الاستهلاكية العالية الحجم، فإن انخفاض تكلفة كل نظام إدارة خدمات التنمية المستدامة كثيراً بالغ الأهمية.

الاتجاهات المستقبلية: Smarter, More Integrated DSPs

وينتقل كل من البائعين إلى هياكل متجانسة تجمع بين أساسيات نظام إدارة المخاطر المؤسسية (ARM CortexA) (للمناطق ذات مستوى عال) ووصلات (لتجهيز الإشارات) وسلسلة الدعم التقني (DSP-5x) التي تضيف إلى نظام إدارة المخاطر المؤسسية (DM6x) بشكل متزايد.

الاستنتاج: اختيار نظام المعلومات الإدارية الصحيح لتطبيقك في الوقت الحقيقي

إن الاختيار بين أجهزة الأنالوك وأدوات تكساس يتطلب تقييما شاملا لاحتياجات نظامكم، ولزيادة الدقة والسلوك المحدد في مجال العمليات الصوتية والطبية والتشغيل الآلي الصناعي، فإن أجهزة تجهيز نظام " ساكك " التابعة لمؤسسة " ساكنا " لا تزال خيارا قويا، أما بالنسبة لتطبيقات البطاريات ذات النقاط العالية، فإن سلسلة " تي " C5000 " لا تضاهيها.

For further reading, explore the official product pages: Analog Devices DSP Processors] and Texas Instruments DSP Processors. Additional benchmarks comparisons can be found in this ]Embedded.com article on DSP benchmarksing[FL.]