Texas Instruments TMS320 DSP Süreçors'un Evrimi ve Mimarisi

Dijital sinyal işlemcileri (DSPs) elektronik sistemlerin gerçek dünya analog sinyalleri nasıl işlediğini değiştirdi.Bu alanda en etkili aileler arasında Texas Instruments' TMS320 serisi, ilk olarak 1980'lerin başlarında tanıtıldı. TMS320 hattı hızlı bir şekilde yüksek performanslı, gerçek zamanlı sinyal işleme, filtreleme, filtreleme, modlama temeli olan her şeyi modern endüstriyel kontrolörler için mükemmelleştirmek için bir kriter haline geldi.

1983 yılında başlatılan orijinal TMS3 2010, 16 bit sabit nokta mimarisine sahip ve ikinci (MIPS) 5 milyon talimatları daha sonra tekrar baskıcı bir şekilde yürütmüş ve bu işlemcilerin mimarisi, Harvard veya Harvard tasarımı, C4x ve C6000 serisine izin veriyor - bu analog erişim için önemli gelişmeler getiriyor.

TMS320 DSP'ler arasında ortak anahtar mimari özellikleri şunlardır:

  • [FONT:0) Çok sayıda arithmetic mantık birimi (ALUs) ve çokplier-accumulators (MACs)), tek bir döngüde çarpık işlemleri gerçekleştirebilecektir - dijital filtreler için.
  • [FONT:0) Sertware döngü ve sıfır bölmek[Döncükler[Döncükler), döngü cezaları olmadan tekrarlanan sinyal işlemeli çekirdekleri yürütmek için.
  • [FONT:0]On-çip bellek (SRAM veya önbellek)), geniş veri otobüsleriyle genellikle program veya veri hafızası olarak, uygulama ihtiyaçları için yapılandırılabilir.
  • [FONT:0) Doğrudan hafıza erişimi (DMA) kontrolörleri[Döneticiler ve bellek arasında CPU çekirdeğinin bağımsız olarak veri aktarabilecektir.
  • [FONT=0) İleri periferik setler [Dön Kanal Dizileri, Zamanlayıcılar, nabız genişliği modüller (PWMs), ve analog sayısal dönüştürücüler (ADCs) dahil olmak üzere [Döneticileri).

Texas Instruments ayrıca TMS320 ailesini sabit noktaya ayırdı (örneğin, C54x, C55x, C64x) ve yüzen nokta (örneğin, C67x) seçeneklerinin doğru dengesini seçmeye olanak sağlar. Sabit nokta işlemcileri genellikle daha fazla güç ve maliyet verimsizdir, ancak yüzen cihazlar daha dinamik bir aralığı ve programlamayı mümkün olduğunca karmaşık algoritmaların uyarlanabilir filtreleme veya dörtlü dönüştürücü dönüştürücüler için daha kolay hale getirir.

Anahtar Yetenek ve Performans Metrikleri

TMS320 DSP'ler gerçek zamanlı gömülü sistemlerde önemli olan birkaç performans ölçümleri tarafından tanımlanır.En yaygın olarak alıntı MIPS (İkinci başına milyon talimatları) ancak sinyal işleme için MAC (multiply-accumulate) oranı daha fazla ortaya çıkmaktadır. Örneğin, TMS320C6748, popüler bir düşük güç yüzen DSP, aynı zamanda üç boyutlu yazıcıya kadar uzanan birçok işletim sistemi ile birlikte iki tane daha fazla bağlantıya ulaşabilir.

Enerji verimliliği başka bir salonmark. TMS320C55x serisi, örneğin, özellikle yüksek performanslı bir şarj cihazı ile şarj edilebilir cihazlar için tasarlanmıştır, düşük saat hızlarında MIPS başına 2 W ile şarj edilebilir. TMS320F28379D gibi son derece düşük güç tüketimi, TMS320C2000 mikrokontrolörlerin neden alanına karşı rekabetçi kalır (FPGA) ve ARMRtex için gelişmiş bir güvenlik modülü ile işlem yapılır.

Yazılım Geliştirme ve Ekosistem

Texas Instruments, TMS320 ailesi için zengin bir yazılım geliştirme ekosistemi sağlar. birincil araç Kod Kompatörü (CCS), Eclipse ile C ve C++ programlamasına dayanan entegre bir geliştirme ortamı (IDE) ve C++ programlamasını destekler, DSP/BIOS veya daha modern TI-RTOS gerçek zamanlı işletim sistemleri için otomatik olarak ayarlama, adım atma ve planlama için bir simülatörü sunar.

Algoritma geliştirme için, [[0)Signal Processing Library (SPLib)) ve MACS320 cihazlar için port (DSP) mevcut bilgisayar vizyonuna ek olarak, FIR/IIR filtreler, matris işlemleri ve konvolution.The DEVAMI DSPDSP programlama için yeni başlayanlar için PC vizyonlarını etkinleştirir.In addition, TI maintains an aktif bir topluluk ve kapsamlı belge, uygulama notları, beyaz kağıtları ve örneklemeleri de dahil olmak üzere.

TMS320 hattının güçlülerinden biri, yüksek seviyeli dil desteğinin kullanılabilirliğidir. Birçok algoritma, performanstan ödün vermeden tamamen C'de yazılabilir, derleyicinin eğitim seviyesindeki paralelliği kullanma yeteneği sayesinde.For the most requested tasks, intrinsic functions let doğrudan access to Hardware replica-accumulate and SIMD (single talimat, multiple data) operations without writing assembly.This reduce development time and make the işlemcis accessible to a wide range of mühendisler.

Farklı Uygulamaları Across Industries

TMS320 işlemcilerin yanlışlığı, geniş bir alanda kabul edilmesine yol açtı. Aşağıda, anahtar uygulama alanlarının geniş bir görünümü.

Telekomünikasyon ve Kablosuz Altyapı

Erken 2G baz istasyonlarından modern 5G uzaktan radyo kafalarına, TMS320 DSP'ler kablosuz iletişim için hesaplama motoru olmuştur. karmaşık modulation (QAM, OFDM), kanal eşitleme ve hata düzeltme kodları gerçek zamanlı olarak önemlidir.S320C66xTMS320C66x) çok tanımlanmış bir radyo (SDR) ve bazband işlemesi için özellikle uygundur.

Uydu iletişim modemleri aynı zamanda TMS320 DSP'lere dalgaform sentez ve yüksek sembolün işaret oranlarında kesintiye uğramak için de güvenmektedir.The işlemci's deterministic latency, adaptif dizi antenler ve kirişler için ideal kılar.In teld iletişim, TMS320s VDSL ve G.fast modemler, dijital abone çizgiyi (DSL) kodlama ve dekoding.

Ses ve Ses İşleme

Ses DSP işlemciler için doğal bir uygundur. TMS320 cihazlar profesyonel dijital karıştırma konsollarında kullanılır, binlerce kanal gerçek zamanlı eşitleme, dinamik işleme ve etkiler gerektirir. Tüketici ürünlerinde, küçük bir batarya üzerinde saatlerce çalıştırmalı, ses çubuğu ve ev tiyatro alıcıları, uzaysal ses işleme ve oda düzeltmesi yapar. Yüksek performanslı işitme yardımı, ultra-düşük ses indirme cihazlarının gerçek zamanlı gürültü azaltma, geri bildirim iptali ve yönlendirme algoritmalarının kullanılması için çalışır.

[FONT=0])) <24|D 0|Dönetici[Dönetici) {0}[0]))) {0|x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Tıbbi Görüntüleme ve Tanı Ekipman

Tıbbi cihazlar yüksek güvenilirlik, gerçek zamanlı performans talep eder ve genellikle sıkı düzenleyici sertifikasyon. TMS320 DSPs, taşınabilir ultrason makinelerinde bulunur, ki bunlar gerçek zamanlı görüntüleme ve görüntü yeniden yapılandırmasını sağlar.TheurFLT:0)TMS320C6678), sekiz çekirdek ve 160 GMACS ile, TMS320C55C işlemcisi ile tam bir ultrason analizi ve görüntü filtrelemesi gerçekleştirebilir.

Hasta izleme sistemleri gibi teşhis ekipmanları, kablosuz iletim için TMS320 DSP'lere güveniyor ve elektrokardiyogram (ECG) ve elektrodseogram (EEG) sinyal işleme - gürültüyü taklit etmek, arrhythmias'ı tespit etmek ve verileri kablosuz iletim için sıkıştırmak.

Endüstriyel Otomasyon ve Güç Elektronik

TMS320C2000 serisi, aynı zamanda Delfino ve Piccolo aileleri olarak pazarlandı, özellikle endüstriyel kontrolde yaygın. Bu cihazlar DSP arithmetic kabiliyetlerini zamanlayıcılar gibi mikro kontrol özellikleriyle birleştirir, PWMs ve ADCs, onları motor kontrolü için ideal hale getirebilir (BLDC, PMSM, servo), dijital güç malzemeleri, güneş dönüştürücüleri ve sınırsız güç malzemeleri, aynı anda ikinci bir güvenlik üzerinde çalışır.

Robotiklerde, TMS320 işlemciler, algoritma karmaşıklığının büyüdüğünde bile dijital PID kompörleri yüksek güncelleme oranları (IMU) ve gerçek zamanlı yörünge planlamasını sağlar.Deterministic execution, bu kontrol döngüleri sıkı zamanlamayı sağlar, hatta algoritma karmaşıklığı büyürken bile.

Tüketici Elektronik ve Akıllı Ev

Ses ürünlerinin ötesinde, TMS320 çipleri, akıllı termostatlar ve güvenlik kameraları için akıllı TV'lerde görünür ve bilgisayar destekli iletişim ve ses boru hatları için oyun konsollarında ve bir bulut sunucusuna veya gömülü bir işletim için ev otomasyon merkezlerinde kullanılır. TMS320VC5507 gibi düşük maliyetli sabit nokta işlemciler akıllı termostatlar ve güvenlik kameralarında kullanılır, ses tetikleyicileri ve temel görüntü işlemeden önce iletişim ve temel görüntüyü bir bulut sunucusuna veya gömülü bir gömülüye yönlendirir.

TMS320'i Diğer DSP ve MCU Aileleriyle Karşılaştırma

Mühendisler genellikle TMS320 DSP'leri NXP'nin 56800 serisi, Analog Cihazların SHARC ve Blackfin veya ARM tabanlı MCU'ları DSP uzantıları ile karşılaştırır (örneğin, Cortex-M4/M7, Cortex-R) Her platform güçlü yönlerine sahiptir: ARM çekirdekler zengin ekosistemler ve geniş üçüncü taraf desteği sunar, ancak profesyonel dişliler için uzun zamanlayıcılar için gerçek bir yazılımlar için eklenir.

Bununla birlikte, çok yüksek kod işleme görevleri için (örneğin, radar, yüksek bant genişliği iletişim), FPGA'lar veya uzman hızlandırıcılar DSP'ler için kullanılabilir. TMS320'in avantajı, yüksek aktarım için ortadaki algoritma geliştirme konusunda yatıyor ve gerçek zamanlı deterministik yanıtın ne zaman tartışılmaz.

Future Yol ve İnovasyonlar

Texas Instruments TMS320 hattını geliştirmeye devam ediyor. C2000 serisi CLA (Denet Yasası Hızlandırıcı) ve C66x KeyStone mimarisi ile, entegrasyon ve verimliliği vurgular. Trendler, daha fazla çip bellek dahil, donanım hızlandırıcıları ekliyor (örneğin, radix-4 FFT çekirdeği), ve güç tüketimini gelişmiş süreç düğümleri ve dinamik gerilim/freze ölçeklendirme yoluyla azaltır. TI ayrıca güvenlik özelliklerine yatırım yapar - güvenli bir şekilde, şifreleme motorları ve tam algılama sağlar - endüstriyel IoT ve otomotiv uygulamaları için.

En son noktada AI ve makine öğrenimine doğru iten itencing TMS320 geliştirmeyi de etkiliyor.Temel olarak sinir ağları için tasarlanmamış olsa da, sabit nokta C6000 cihazları, ARM Cortex-A çekirdeği, for Industrial anomaly detect) için TI's Deep Learning (TIDL) framework.

Tasarım için Pratik Bakışlar

TMS320 DSP'yi seçmenin birkaç faktörü göz önünde bulundurması gerekir: sabit nokta vs. yüzen ihtiyaçlar, aşırılıkçı bellek büyüklüğü, periferik karışım, güç bütçesi ve maliyet. For development, theETHFLT:0TMS320C0.10C5 eZdsp veya eksiltme:2 ) veya kontrol SDK[D)[D)[D))))Yüksek lisanslama alanları ile ilgili olarak yüksek lisanslama noktalarına bağlı olarak.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

TMS320 DSP işlemci ailesi, büyük endüstriler spektrumu boyunca dijital sinyal işleme için temel teknolojidir. 1980'lerden en son multi-core, enerji optimize edilmiş cihazlara, Texas Instruments sürekli olarak karmaşıklaşan algoritmaların - 5G, endüstriyel IoT ve kenar istihbaratının birleşimi ile tanıştırdı - TMS320 serisi, dijital sinyal işleme sistemleri için güvenilir bir seçim yapmaya devam edecektir.

[FONT=0]Döncükler [Döncükler)

  • [0]Texas Instruments DSP Genel Bakış[Dönem: 1)
  • [0]Komyo Kompucu Stüdyosu IDE[Dönem: 1 )
  • [0]TI Motor Kontrol SDK[[Dönem:0)
  • [0]TI DSP & Matematik Kütüphaneleri ).
  • [03.2012]DSP Seçim Kılavuzu (PDF)).