Τι είναι οι διαφορετικές συσκευές DSP σε ενσωματωμένο σύστημα;

Τα ενσωματωμένα συστήματα χρησιμοποιούν μια ποικιλία συσκευών επεξεργασίας ψηφιακού σήματος (DSP), το καθένα με τα δικά του πλεονεκτήματα και αδυναμίες προσαρμοσμένες σε συγκεκριμένες ανάγκες εφαρμογής. Οι διαφορές βρίσκονται κυρίως σε:

1. Αρχιτεκτονική:

* Σταθερό σημείο έναντι κυμαινόμενου σημείου: Τα DSPs σταθερού σημείου χρησιμοποιούν ακέραιους αριθμούς για υπολογισμούς, προσφέροντας υψηλότερη ταχύτητα και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας αλλά περιορισμένη ακρίβεια. Τα DSPs Floating Point χρησιμοποιούν αριθμούς κυμαινόμενου σημείου, παρέχοντας υψηλότερη ακρίβεια αλλά με κόστος ταχύτητας και ισχύος. Η επιλογή εξαρτάται από τις απαιτήσεις ακρίβειας της εφαρμογής και τον προϋπολογισμό ισχύος. Πολλά σύγχρονα DSP προσφέρουν ένα μείγμα και των δύο.

* Harvard εναντίον Von Neumann Αρχιτεκτονική: Η αρχιτεκτονική του Χάρβαρντ χρησιμοποιεί ξεχωριστούς χώρους μνήμης για οδηγίες και δεδομένα, επιτρέποντας παράλληλη πρόσβαση και βελτιωμένη απόδοση. Η αρχιτεκτονική Von Neumann χρησιμοποιεί έναν μόνο χώρο μνήμης και για τους δύο, απλοποιώντας το σχεδιασμό αλλά ενδεχομένως περιοριστική απόδοση. Τα DSPs ευνοούν συντριπτικά την αρχιτεκτονική του Χάρβαρντ για ταχύτητα.

* Οδηγός Οδηγίας Αρχιτεκτονική (ISA): Διαφορετικά DSPs έχουν διαφορετικές ISA, επηρεάζοντας την ευκολία προγραμματισμού, την αποτελεσματικότητα του κώδικα και τις διαθέσιμες βιβλιοθήκες. Ορισμένες κοινές ISA περιλαμβάνουν TMS320C (Texas Instruments), SharC (αναλογικές συσκευές) και Blackfin (ADI). Η επιλογή συχνά εξαρτάται από τις υπάρχουσες βιβλιοθήκες λογισμικού, την τεχνογνωσία των προγραμματιστών και την υποστήριξη των πωλητών.

* Παράλληλες δυνατότητες επεξεργασίας: Πολλά σύγχρονα DSPs ενσωματώνουν χαρακτηριστικά παράλληλης επεξεργασίας όπως πολλαπλούς πυρήνες επεξεργασίας, οδηγίες SIMD (μονής εντολής, πολλαπλά δεδομένα) ή εξειδικευμένους επιταχυντές υλικού (π.χ. για FFTs). Αυτά ενισχύουν την ταχύτητα επεξεργασίας για υπολογιστικά εντατικά καθήκοντα.

2. Χαρακτηριστικά απόδοσης:

* ταχύτητα ρολογιού: Οι υψηλότερες ταχύτητες ρολογιού οδηγούν σε ταχύτερη επεξεργασία, αλλά και αυξημένη κατανάλωση ενέργειας και παραγωγή θερμότητας.

* Υπολογιστική ισχύ: Μετρούμενες σε λειτουργίες ανά δευτερόλεπτο (OPS) ή λειτουργίες κυμαινόμενου σημείου ανά δευτερόλεπτο (Flops), αυτό αντικατοπτρίζει τη συνολική ικανότητα επεξεργασίας.

* Χωρητικότητα μνήμης: Η ποσότητα μνήμης στο chip (RAM, ROM) επηρεάζει το μέγεθος και την πολυπλοκότητα των αλγορίθμων που μπορούν να εφαρμοστούν.

* κατανάλωση ενέργειας: Βασική σε εφαρμογές με μπαταρία, η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας αποτελεί βασικό λόγο.

3. Περιφερειακά και διεπαφές:

* Μετατροπείς αναλογικών προς ψηφιακό (ADC) και μετατροπείς ψηφιακού προς αναλογικό (DACS): Απαραίτητο για τη διασύνδεση με αναλογικούς αισθητήρες και ενεργοποιητές. Ο αριθμός των καναλιών, της ανάλυσης και του ρυθμού δειγματοληψίας ποικίλλει ευρέως.

* Διεπαφές επικοινωνίας: Διαφορετικά DSP υποστηρίζουν διάφορα πρωτόκολλα επικοινωνίας (π.χ., SPI, I2C, UART, Ethernet, USB) για σύνδεση με άλλα στοιχεία του συστήματος.

* Χρονοδιακόπτες και μετρητές: Χρησιμοποιείται για τις κρίσιμες λειτουργίες χρονισμού και τη δημιουργία σημάτων ελέγχου.

* Εισαγωγή/έξοδος γενικού σκοπού (GPIO): Παρέχετε ευέλικτη συνδεσιμότητα σε εξωτερικές συσκευές.

4. Λογισμικό και εργαλεία:

* Περιβάλλον ανάπτυξης: Η διαθεσιμότητα των μεταγλωττιστών, των εντοπιστών και άλλων αναπτυξιακών εργαλείων επηρεάζει την ευκολία προγραμματισμού και εντοπισμού σφαλμάτων.

* Βιβλιοθήκες και υποστήριξη: Οι προ-κατασκευασμένες βιβλιοθήκες για τους κοινούς αλγόριθμους επεξεργασίας σήματος (π.χ. FFT, φίλτρα FIR) μπορούν να μειώσουν σημαντικά το χρόνο ανάπτυξης.

Παραδείγματα συσκευών DSP που χρησιμοποιούνται σε ενσωματωμένα συστήματα:

* Texas Instruments TMS320C6000/C2000: Χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορες εφαρμογές, από τον έλεγχο του κινητήρα έως την επεξεργασία ήχου.

* Αναλογικές συσκευές sharc Επεξεργαστές: Γνωστή για τις δυνατότητες υψηλής απόδοσης κυμαινόμενου σημείου, που χρησιμοποιούνται συχνά σε απαιτητικές εφαρμογές όπως το ραντάρ και το σόναρ.

* stmicroelectronics stm32f7 Σειρά με δυνατότητες DSP: Μέρος μιας ευρύτερης οικογένειας μικροελεγκτή, ενσωματώνοντας χαρακτηριστικά DSP για οικονομικά αποδοτικές λύσεις.

Συνοπτικά, η επιλογή της συσκευής DSP για ένα ενσωματωμένο σύστημα καθοδηγείται από μια προσεκτική εξέταση των ειδικών απαιτήσεων της εφαρμογής σχετικά με την ισχύ επεξεργασίας, την ακρίβεια, την κατανάλωση ενέργειας, το κόστος και τους διαθέσιμους πόρους. Δεν υπάρχει ενιαίο "καλύτερο" DSP. Η βέλτιστη επιλογή εξαρτάται πάντοτε από το πλαίσιο.