מעבדי אותות דיגיטליים (DSPs) הם מיקרומעבדים מיוחדים המהנדסים לבצע פעולות מתמטיות מהירות גבוהה על אותות בעולם האמיתי עם יעילות יוצאת דופן. מטלפונים סלולריים וסיועי שמיעה במערכות מכ"ם ובקרים תעשייתיים, DSP מודרניים להתמודד עם הסרת כבד של סינון, דחיסה, מודולציה וניתוח כי CPUs למטרות כלליות אינם מתאימים לביצוע בזמן אמת.

אדריכלות חדשנית של DSPs מודרניים

האדריכלות הבסיסית של DSP תוכנן סביב הצרכים של אלגוריתמי עיבוד אותות דיגיטליים.בניגוד מעבדים למטרות כלליות המדגישים תחזית ענף וביצוע קידוד, DSPs להתמקד פעולות מתמטיות ⁇ סטיות חוזרות ונשנות - במיוחד פעולות מרובות-אקוממד (MAC).רוב DSPs מודרניים מעסיקים אדריכלות שונה הרווארד, בנפרד תוכנית ואוטובוסים נתונים, ויחידות ביצוע מרובות כדי למקסם את השימוש באמצעות הם גם משלבים הוראות מיוחדות וניתן לצמצום הוראות מרובות, כדי להגדלת הוראות להקטנת זמן, כדי להורדת הוראות לוח זמנים.

יחידת לוגיקה אריתמטית (ALU)

ALU ב DSP הוא לא רק סימולטור של זה נמצא CPU; זה נועד נועד עבור עיבוד אותות מתמשך. בעוד ALUs בסיסי טיפול תוספת, תת-קרקעית, ו מעט חכם פעולות הגיוניות, DSP ALUs לעתים קרובות לכלול חומרה ייעודית עבור מחזורי תצוגה (כדי למנוע מעבר של מערכות נקודת קצה) ומשמרות חבית עבור מניפולציה מהירה בעיצובים מודרניים רבים, כולל משימות מקבילות של ALS (למשל, לדוגמה) עבור מחזור נתונים קבועות של בדיקות CT-Cin) ולהפחית את תכונות קבועות (למשל, לדוגמה, כדי למינימום של בדיקות CT-Cin) ו-Cin) עבור בדיקות הפעלה (למשל, כדי למינימום של בדיקות CT-Cin) ולהפחית את תכונות הפעלה (למשל, כדי למינימום של בדיקות CT-Cin) ולהפחית את תכונות קבועות (למשל, כדי למינימום של בדיקות זמן הפעלה) ו-Cin) עבור בדיקות לאחור של בדיקות לאחור (למשל, כדי למינימום של בדיקות הפעלה משותפת (למשל, כדי למינימום של בדיקות CTVide (למשל, כדי למינימום של בדיקות CTVide (למשל, כדי למינימום של בדיקות הפעלה) ו-Cin) ו-Cin) ו- CRMLUM) ו-

Multiply-Accumulate Unit

יחידת MAC היא ללא ספק הלב של כל DSP.It מבצע ריבוי ואחריו תוספת מחזור שעון יחיד, דפוס כי תחת ספקטרום 450 הרץ, דיסקרטי ארבעהייה משנה (DFTs), תגובה אימפולס סופי (FIR) מטפל ישירות אלגוריתמים של Mactime משלבים מספר יחידות MACRC - לעתים קרובות 2, 4, 8, או 16 - כדי לנצל נתונים מקבילה (FIR) מכיל בדרך כלל תצורה של עיבוד של מעבדים של מקבילה.

שקיפות הוראה וצנרת

כדי לשמור על יחידות MAC ו- ALUs עסוק, DSP מודרניים מסתמכים על צינורות הדרכה עמוקים וטכניקות מקבילות.רוב המימושים משתמשים צינור רב-שלבי (לעתים קרובות 5 עד 10 שלבים) אשר מביא, מקודמים, מבצעים, וכותבים תוצאות בחזרה בו זמנית. עם זאת, בניגוד ל- CPUs, צינורות DSP נועדו להימנע מסיכון נתונים על ידי שימוש במסלולים מתקדמים ומעכבים מאוד, כגון CVSI-S) ל-i-S (Si-i-S) ל-S-SECSECS (S) דרישות קבועות ל-SECS (SECS) של פעולות קבועות, באופן מפורשות, כגון: CTMS.

אדריכלות זיכרון

רוחב פס זיכרון ועקביות הם לעתים קרובות צווארי הבקבוק העיקריים ביישום עיבוד אותות.מערכת הזיכרון של ADSP היא לכן תוכנן בקפידה לספק גישה מהירה הן הוראות התוכנית והן זרמי נתונים. כמעט כל DSP המודרניים משתמשים אדריכלות הרווארד או שונה הרווארד כדי להפריד תוכנית וזיכרון, המאפשרת בו זמנית להביא וזיכרון בתוך מסגרת זו, היררכיה של רישומים, על-chip סטטי (SRAM), ו- caches ישר (MA) לשמור על גישה ישירה ל-D.

קבצים רשומים

קבצים רשומים הם הזיכרון המהיר ביותר ב-DSP, המורכב בדרך כלל מתאים רב-פורט SRAM המאפשרים מספר קורא וכותבים לכל מחזור.DSPs לעתים קרובות יש קבצים נפרדים של רישום נתונים, כתובת ושליטה, כל אחד מהם מותאם לטבלאות מילים שונות.לדוגמה, הקובץ הרישום עבור יחידת MAC קבועה של 32 סיביות עשוי לכלול 16 או 32-מטרות כלליות, כל אחד מהם מסוגל לאחסון ערך מקבילה עבור אלגוריתם מסוים (acontows) עם טיפול קבוע עם קובץ נתונים אלגוריתמים (contended) עם קובץ גישה עם קובץ אלגוריתמים (contended) עם קובץ אלגוריתמים ייעודי עם קובץ אלגוריתמים קבועים עם אלגוריתמים של אלגוריתמים (contended עם אלגוריתמים).

על-ידי צ'יפ RAM ו- Caches

על שבב SRAM הוא תכונה מוגדרת של מעבדי DSP, המספק אחסון נמוך-latency עבור קוד קריטי ו- Cuffers. בניגוד CPUs כי מסתמכים מאוד על שבבים ברמה רב-מידה, רבים DSPs מעסיקים SRAM מבוקר תוכנה כדי להבטיח ביצועים מכריעים של DSP לעיבוד אודיו יכול להקצות בלוק גדול על שבבים ברמת ה-chip SRAM עבור קו עיכוב או מערכת הפעלה של ציוד מרכזי של ציוד COP2, בנוסף, כולל ציוד אחסון מאובטח של ציוד אבטחה COP-S.

גישה ישירה לזיכרון (DMA) Engine

מנוע DMA מקלקל את תנועת הנתונים בין זיכרון ופריפריה מההליבה, משחרר את הצינור להמשך עיבוד.ב-DSP, בקרי DMA הם בדרך כלל רב ערוצים, תמיכה ב- Buffers מעגליים, שרשראות, ושני ממדים (2D) העברות נתונים - נקודות חיוניות לעיבוד וידאו או אודיו רב ערוצים I / O. לדוגמה, DMA במעבד טיפוסי של SHARC יכול להעביר נתונים מתקדמים (D) לתוך תבניות תמיכה של אבטחה CD-D (MA) ישירות על גבי דחיסה-D) באופן ישיר על ידי שימוש ב-D-D-D-D-D-CDC-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-D-מחדשנית-מחדשנית-D-D-D-D-מחדשנית-מחדשנית-מחדשהתמחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדש-מחדשנית

יחידת בקרה וממשק

בעוד יחידות הסיבול והזיכרון מבצעים את הניתוח הכבד, השליטה והממשקים, ומחברים את DSP לעולם החיצוני.יחידות אלה מנהלות ריצוף הוראה, טיפול ותקשורת עם חיישנים חיצוניים, אקטוטורים ומעבדים אחרים.

יחידת הבקרה

יחידת הבקרה ב DSP המודרנית היא יותר מקודמת הוראה פשוטה; היא מנהלת סכנות צינורות, תחזית סניף (אם בכלל), וטיפול יוצא דופן. בעיצובים VLIW, יחידת הבקרה גם לתאם את המשלוח של יחידות פונקציונליות מרובות, בדיקת סכסוכים לתזמון משאבים ואכיפת לוח הזמנים המוגדר על ידי מודולים) רבים כוללים רצף אשר מטפל אפס-ראשים - מנגנון חומרה אשר יכול לחזור על מגבלות זמן קריטיות (בנוסף לחסימות) של לוח זמנים של לוח זמנים של לוח זמנים קבועות הפעלה (אוקסים).

ממשקים היקפיים

DSPs נועדו לממשק עם מגוון רחב של רכיבים חיצוניים, כולל ADCs, ממירים דיגיטליים-לנאלוגיים (DACs), חיישנים, זיכרון ומעבדים אחרים.

  • (FLT:0) ממשקי אוויריות (FLT:1) כגון SPI, I2C, ו-UART לשליטה מהירה ועברת נתונים.
  • (ב) ,0) ממשקי ה-Audio, כמו I2S ו-TDM עבור אודיו דיגיטלי רב ערוצים.
  • (FLT:0) ממשקי מהירות גבוהה (FLT:1) כמו USB, Ethernet, PCIe, ו- DDR זיכרון רכזת מערכת.
  • (ב) ,0) ,Parallal PortsFLT:1 עבור חיבור למסגרות חיצוניות או למכשירי FPGA.

חומרים אלה מונעים לעתים קרובות על ידי ערוצי DMA ייעודיים הממזערים את התערבות הליבה, המאפשרים DSP לשמור על גבוה באמצעות צום תוך מתן זרמי נתונים בזמן אמת.לדוגמה, נמל TDM של 48 ערוצים המשמש בטלקומוניקציה ניתן באופן אוטומטי deserial לתוך buffers נפרדים על ידי בקר DMA, מה שמוביל את הליבה לביצוע אלגוריתמי קודאק ללא הפרעה.

מפקח ושעה

Real-time signal processing demands precise timing. Modern DSPs include programmable interrupt controllers with multiple priority levels, allowing critical events—such as a sample ready from an ADC—to preempt lower-priority processing. On-chip timers, often arranged in pulse-width modulation (PWM) units, generate precise output signals for motor control or power conversion. Some DSPs, like those from the C2000 family, combine DSP arithmetic with microcontroller peripherals, including capture units and quadrature encoder pulse (QEP) modules, making them ideal for real-time control systems.

יחידות פונקציונליות מיוחדות

כדי להתמודד עם האלגוריתמים התובעניים ביותר עם כוח מינימלי ועוצמה, DSP מודרניים משלבים מאיצים ספציפיים של יישומים.יחידות אלה מקלקלות משימות חוזרות ונשנות, אינטנסיביות חישוביות מן הליבה, השגת שיפורים של מודעות ביצועים ויעילות אנרגיה.

Fast Fourier Transform (FFT) מעבדים

FFT הוא ubiquitous בתקשורת, מכ"ם ואנליזה אודיו.בעוד ש-DSP למטרות כלליות יכול למקם FFT בתוכנה באמצעות פעולות MAC, חומרת FFT מבצעים את פעולות הפרפרפליות, bit-reversal, ו- DFT-2 או רדיוקס-4 חישובים בלוגיקה ייעודית.

עוד מאיצים

מעבר ל-FFTs, מגוון של מאיצים משולבים ב-DSPs עבור תחומים ספציפיים:

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0)Convolutional neural Network (CNN) מנועים של ההרחבה:1) עבור למידת מכונה, נפוץ ב- AI DSPs.
  • (ב) [15] ,0 ,FIR ו-IIR מסננים מאיצים (FLT) 1:1 שמציינים מספר רב של טיפים למחזור השעון באמצעות רישום משמרות ייעודי ועצים מכפילים.
  • (ב) ,0) מפרי תגמול (FLT) 1 עבור רכיבי וידאו כמו H.264 ו- HEVC.

מאיצים אלה חולקים זיכרון נתונים עם הליבה באמצעות אוטובוס מערכת או קרוסבר, והם בדרך כלל נשלטים באמצעות רישומים ממופת זיכרון והפרעות סיום.נוכחותם מאפשרת DSP אחד לטפל בתחומים מרובים עיבוד מבלי לדרוש שבבים נפרדים.

ניהול חשמל ושעון GING

צריכת חשמל היא מעצמה קריטית ביישומים DSP המופעלים על ידי סוללות (hearables, סמארטפונים, IoT) DSP מודרניים מעסיקים מתח דינמי ותדירות (DVFS) ושעון מוטבע היטב גלימה. יחידות פונקציונליות כמו מערך MAC, קווי cache, וממשקים היקפיים בודדים יכולים להיות מוגבלים כאשר לא בשימוש.

שיקולים מתקדמים בעיצוב DSP מודרני

הגבולות בין DSPs, מיקרובקרים, ומעבדי יישומים הם מטושטשים. מכשירים מודרניים רבים משלבים ליבות DSP מרובים, הליבה של שליטה RISC, ו מאיצים חומרה על אחד למות.אדריכלות הטרוגנית הזאת מאפשרת זרימת עבודה מורכבת: ליבה שליטה מנהלת תזמון בזמן אמת, ליבה DSP מבצעת סינון, ו AI מאיץ רוחני, במיוחד תכונות הגנה סטנדרטיות כגון הגנה סטנדרטית, הגנה סטנדרטית, הגנה סטנדרטית של רכב, כגון תכונות אבטחה סטנדרטיות, כגון הגנה סטנדרטיות, תכונות אבטחה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, כגון פונקציות אבטחה סטנדרטיות, פונקציות אבטחה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, כמו גם כן, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטית, פונקציות אבטחה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, פונקציות אבטחה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, פונקציות אבטחה סטנדרטיות, פונקציות אבטחה סטנדרטיות, פונקציות אבטחה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, פונקציות אבטחה סטנדרטיות, פונקציות אבטחה סטנדרטיות, כמו גם פונקציות אבטחה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, הגנה סטנדרטיות, כמו גם סוללת

ה- Software Toolchain חשובה באותה מידה.DSPs מודרניים נתמכים על ידי משווקים שיכולים באופן אוטומטי לגוון את הלולאות, לקבוע את ערכות VLIW, ולנהל פריסות זיכרון.סביבות פיתוח משולבות (IDEs) מיצרנים כמו Analog מכשירים ו- Texas Instruments מציעים כלים פרופילים, הדמיה בזמן אמת נתונים בזמן אמת, ותפקודי ספרייה אופטימיזציה עבור FFTs, מסננים, ופעולות ממטרסטיק ללא כלים אלה, רתמים את הפוטנציאל של רכיבי DSP יהיו .

מסקנה

(הרכיבים הפנימיים של מעבדי DSP מודרניים – החל מיחידות הגדלות וההיררכיה של זיכרון עמוק ועד מאיץ מיוחדים ולוגיקה ניהול כוח - פועלים בתיאום כדי לספק עיבוד אותות ⁇ , גבוה-bandwidth: הבנת הרכיבים האלה חיונית למהנדסים נבחרים או תכנות DSPs עבור יישומים החל מכ"ם רכב ועד לתקני הפעלה מדויקים יותר: