ЖУРНАЛ СТА №1/1998

Гарвардская архитектура разделяет пространства памяти данных и про- грамм, предусматривая раздельные шины доступа к каждой из них. Это обеспечивает доступность и данных, и программ в одном цикле выполне- ния операций процессором, что уве- личивает общую скорость обработки. В современных про- цессорах часто применя- ется модифицированная Гарвардская архитектура, когда для общения с внеш- ней памятью использует- ся один набор шин, в то время как на самом крис- талле для увеличения бы- стродействия они разде- лены. Такой подход ми- нимизирует общую сто- имость системы, сохра- няя преимущества Гарвардской архи- тектуры. В дополнение к этому приме- няются различные схемы кэширова- ния и конвейерной обработки. Весьма типичной для DSP является ситуация, когда медленная внешняя память используется только для на- чальной загрузки программ и данных во внутреннюю быстродействующую статическую память. Need more Speed.... Наиболее распространенной мате- матической операцией, требующейся для задач обработки сигналов, является комбинация сложения и умножения: y=A*x+B Суммирующие функции реализу- ются довольно просто и могут быть выполнены за один такт рабо- ты процессора. Функции умно- жения требуют большего време- ни выполнения, особенно для чи- сел с плавающей точкой. Такие вы- числения для многих процес- соров общего назначения могут потребовать не- сколько сотен тактов их работы. Ап- паратные же средства DSP, оптимизи- рованные для задач обработки дан- ных в реальном времени, как прави- ло, могут выполнить команду «умноже- ние и накапливание» (multiply and accumulate) всего за один такт. По типу обрабатываемых данных микросхемы DSP можно условно раз- делить на DSP с фиксированной точ- кой и DSP с плавающей точкой. DSP с плавающей точкой дороже, однако они позволяют добиться большего динамического диапазона без угрозы переполнения разрядной сетки. Наи- более употребимыми являются 24- и 32-разрядные форматы чисел с пла- вающей точкой. Выпускаются и многопроцессор- ные DSP, наподобие TMS320c80, пред- назначенного для приложений парал- лельной обработки информации. Та- кой чип состоит из четырех процес- соров с фиксированной точкой, рабо- тающих независимо, что позволяет обрабатывать видеоданные в реаль- ном масштабе времени. Как использовать DSP? Если бы я захотел перечислитьвсеоб- ласти,вкоторыхиспользуютсяDSP,тообъ- ем этой статьи был бы потрачен толь- ко на перечисление. Вот основные сферы применения DSP. 1. Приложения общего назначения: цифровая фильтрация, спектральный анализ сигналов в реальном масшта- бе времени, адаптивная фильтрация, генераторы сигналов, различная ма- тематическая обработка информа- ции в научных исследованиях, меди- цине и военных системах. 2. Приборы и инструменты нового поколения: спектральные анализаторы, функциональные генераторы, сравне- ние сигналов с образцами, сейсмоло- гическое оборудование, анализаторы переходных процессов и т. п. 3. Управление: управление диско- выми накопителями, управление сер- воприводами, роботами, лазерными принтерами, двигателями и т. п. 4. Автоматическое управление в ав- тономных системах: анализ вибра- ции, адаптивная система управления движением, глобальные системы нави- гации, голосовое управле- ние, цифровое радио, сото- вый телефон, системы по- давления шумов, активное торможение, диагностика систем, радиолокационное обнаружение — здесь DSP используются в качестве устройств, которые обраба- тывают полученные данные с помощью адаптивных ал- горитмов, а затем принима- ют решение об управляю- щем воздействии на систему или сооб- щают состояние системы наблюдателю. 5. Телекоммуникация: телефоны с ре- чевым номеронабирателем и эхо-за- просами, адаптивная дифференциаль- ная кодоимпульсная модуляция, циф- ровые телефонные станции с выходом в общую телефонную сеть, линейные повторители, мультиплексоры аналого- вых сигналов, модемы, шифрование ин- формации, факс-аппараты, пакетные переключатели и протоколы, аппарату- ра для видеоконференций, видеокомп- рессия/декомпрессия, модемы ШПС, кабельные модемы, сетевые переключа- тели с адаптивным управлением и т. п. В телекоммуникациях DSP использу- ются в качестве устройств, реализую- щих кодирование и раскодирование различного рода ин- формации в соот- ветствии с требуе- мым алгоритмом в реальном масштабе времени, причем ал- горитм может опре- деляться самим DSP. 6. Электроника: системы обнаруже- ния, управление пот- реблением энергии, цифровое телевиде- ние и звукозапись, музыкальные син- тезаторы, обучающие игры, мульти- медиа, цифровые камеры и фотоаппа- раты, проигрыватели цифровых дис- ков, бытовые машины, караоке, игро- вые приставки, видеотелефоны и т. п. 7. Графические приложения: трех- мерная анимация, системы зрения для роботов, преобразование и ком- прессия изображений, распознавание образов, графические рабочие стан- ции и т. п. 19 1/98 ОБЗОР АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА Память программ и данных АЛУ Управление программами Ввод/вывод Память программ АЛУ Управление программами Ввод/вывод Память данных Рис. 2а. Архитектура Фон Неймана Рис. 2б. Гарвардская архитектура