CC BY
281114 www.finestreet.ru компоненты ЦСП
Процессоры цифровой обработки сигналов
компании Texas Instruments
Владимир ЧЕРНОВ
vladimir.chernov@ebv.com
Со времен появления первого сигнального процессора TMS320C10 Texas Instruments прошло уже более 20 лет. За это время мир микроэлектроники пережил немалое число этапов эволюции. Развитие технологии позволяло создавать новые, со значительно более высокой степенью интеграции и рабочей частотой, микросхемы. ЦСП (DSP) нашли огромное количество применений в приложениях, существование которых ранее было невозможно.
Различные приложения, в которых применяется цифровая обработка сигналов, предъявляют различные, порой противоречивые, требования к вычислительному модулю. Соответственно, производи-
тели элементной базы вынуждены выпускать широкий номенклатурный ряд ЦСП, чтобы максимально удовлетворить требования разработчиков и производителей радиоэлектронной аппаратуры. Таким образом, на на-
чальной стадии разработки инженер сталкивается с проблемой выбора. Неверно ринятое решение не позволит оптимально реализовать приложение как по функциональным, так и по экономическим показателям. Цель данной статьи — помочь разработчику сориентироваться в номенклатуре ЦСП TI и сделать праввильный выбор.
Компания Texas Instruments производит сигнальные процессоры трех основных платформ — C2000, C5000 и C6000. Каждая из них имеет свою область применения, слабо пересекающуюся с другими платформами.
Платформа C2000
Сигнальные процессоры платформы C2000 изначально проектировались как процессоры для управления электродвигателями и электроприводами. С развитием линейки они стали применяться во многих других приложениях, таких, как роботы, промышленные автоматы, источники питания, жесткие диски, оптические сети и т. д. Процессоры обладают гибкостью RISC-архитектуры, вычислительными мощностями сигнальных процессоров, простотой программирования микроконтроллеров.
В платформу C2000 входят два семейства процессоров — C24x и C28x. Семейство процессоров C24x широко используется в настоящее время, но дальнейшее их развитие уже прекращено, в новые разработки следует закладывать C28x.
Процессоры C28x имеют 32-разрядную гарвардскую архитектуру, а также разделенные шины программ и данных (рис. 1). Шина данных, в свою очередь, разделена на шины чтения и записи в целях увеличения пропускной способности, ввиду необходимости обработки данных в реальном времени. Процессоры позволяют выполнять за один машинный
Таблица 1. Характеристики процессоров семейства C28x™
Процессор Производительность MIPS Тактовая частота ОЗУ а) к ас г З П ПЗУ (однократно прог.) Flash Интерфейс внешней памяти ШИМ АЦП P S еа Е Период дискретизации АЦП, нс о і— 0£ < Cl. (Л N < C Таймеры Ввод/Вывод, кол-во выводов Диапазон температур
TMS320C2810 150 150 36 KB 128 KB 2 KB ^16-кан. 16-кан. 12-бит 1 80 2 1 1 4х16-бит, 1 Сторожевой 56 -40-85, -40-125
TMS320C2811 150 150 36 KB 256 KB 2 KB ^16-кан. 16-кан. 12-бит 1 80 2 1 1 4х16-бит, 1 Сторожевой 56 -40-85, -40-125
TMS320C2812 150 150 36 KB 256 KB 2 KB ^16-бит ^16-кан. 16-кан. 12-бит 1 80 2 1 1 4х 16-бит, 1 Сторожевой 56 -40-85, -40-125
TMS320F2801 100 100 12 KB 2 KB 32 KB ^8-кан. 16-кан. 12-бит 160 1 1 2 1 4х 16-бит, 3х32-бит,1 Сторожевой 32 -40-85, -40-125
TMS320F2806 100 100 20 KB 2 KB 64 KB ^16-кан. 16-кан. 12-бит 160 1 2 4 1 8х16-бит, 6х32-бит ,1 Сторожевой 32 -40-85, -40-125
TMS320F2808 100 100 36 KB 2 KB 128 KB ^16-кан. 16-кан. 12-бит 160 1 2 4 8х16-бит, 6х32-бит ,1 Сторожевой 32 -40-85, -40-125
TMS320F2810 150 150 36 KB 2 KB 128 KB ^16-кан. 16-кан. 12-бит ~г~ 80 2 1 1 4х16-бит, 1 Сторожевой 56 -40-85, -40-125
TMS320F2811 150 150 36 KB 2 KB 256 KB ^16-кан. 16-кан. 12-бит 1 80 2 1 1 4х16-бит, 1 Сторожевой 56 -40-85, -40-125
TMS320F2812 150 150 36 KB 2 KB 256 KB 1x16-бит ^16-кан. 16-кан. 12-бит 1 80 2 1 1 4х16-бит, 1 Сторожевой 56 -40-85, -40-125
TMS320R2811 150 150 40 KB ^16-кан. 16-кан. 12-бит 1 80 2 1 1 4х16-бит, 1 Сторожевой 56 -40-85, -40-125
TMS320R2812 150 150 40 KB 1x 16-бит ^16-кан. 16-кан. 12-бит 1 80 2 1 1 4х16-бит, 1 Сторожевой 56 -40-85, -40-125
цикл MAC операции 32x32 (матричный умножитель), а также оперировать 64-разрядными числами. Высокая разрядность позволяет иметь достаточный динамический диапазон, что, в свою очередь, исключает необходимость использования плавающей запятой. Преимущества фиксированной запятой над плавающей — точность, а также простота аппаратной реализации, что влечет за собой снижение цены кристалла. Процессоры содержат атомарное АЛУ, выполняющее операции чтения, модификации и записи в память за один машинный такт, то есть работающее над данными из основной памяти, позволяющее, таким образом, исключить промежуточное копирование данных в регистровый файл, как это делается в сигнальных процессорах. В процессорах применен 8-ступенчатый конвейер, значительно увеличивающий производительность. Оперативная память поделена на несколько областей, каждая из которых может быть сконфигурирована как память программ либо как память данных. В процессор встроен модуль защиты кода, позволяющий секторально защищать 128-битным ключом ОЗУ и ПЗУ процессора. Процессоры содержат эффективный обработчик прерываний с малым временем отклика, что важно в управляющих приложениях. Процессоры, помимо оперативной памяти, содержат Flash-ПЗУ объемом до 128 Кслов (х16), а также однократно программируемую (OTP) память, удобную, к примеру, для записи уникальных параметров устройства (серийные номера, журнальные, сервисные данные и т. д.) Максимальная производительность процессоров составляет 150 MIPS при тактовой частоте 150 МГц при выполнении программ из оперативной памяти и около 120 MIPS — при выполнении программ из Flash-памяти.
Семейство C28x обладает уникальным набором периферии, включающим ШИМы, АЦП (16 каналов, 12 разрядов, минимальное время преобразования 80 нс), большой набор таймеров, большое количество раздельных портов ввода-вывода, квадратурные декодеры для реализации интерфейса с датчиками скорости и т. д. Процессоры содержат развитый набор коммуникационных портов: SPI, UART, CAN. Краткие характе-
ристики процессоров семейства приведены в таблице 1.
Благодаря низкой цене младшие представители семейства могут быть использованы в приложениях, где ранее могли применяться только микроконтроллеры. Принимая во внимание мощное ядро, возможность программирования на языках высокого уровня С/С++, разработчик получает возможность создания высокоуровневых приложений в короткие сроки.
Платформа C5000
С5000 — 16-разрядные сигнальные процессоры с фиксированной запятой. Предназначены в первую очередь для мобильных приложений с ограниченными энергетическими ресурсами: мобильных средств телекоммуникации, измерительных устройств, медицинской техники и т. д. При разработке данных процессоров Т1 ориентировалась на удовлетворение двух основных критериев: уменьшение потребляемой мощности, повышение производительности.
Семейство начинает свою историю с подсемейства ТМ8320С54х (первых его представителей). Далее появилось подсемейство ТМ8320С54хх, отличающееся от предыдущего снижением потребляемой мощности, ростом рабочих частот и, соответственно, производительности, более развитой и совершенной периферией. Кроме того, был введен ряд изменений ядра процессора, позволивший этому подсемейству занять огромную часть рынка мобильной телефонии (более чем в 50% мобильных телефонов использовались данные процессоры — ЫоЫа, Егкжоп и др.). Наиболее интересные представители данного подсемейства: ТМ8320УС5401, С5402 — минимальное потребление, минимальная стоимость; ТМ8320УС5471 — два ядра на одном кристалле (сигнальное и ЛИМ7), а также встроенный ЕШегпе^контроллер; ТМ8320УС5404, С5407, С5409, С5410, С5416 — отличаются набором периферии и памяти, соответственно, ценой. Особняком стоят ТМ8320УС5421, С5441, имеющие соответственно 2 и 4 идентичных ядра, удобны для применения в системах, в которых необходимо увеличить, к приме-
ру, число обрабатываемых одним устройством каналов, не изменяя программное обеспечение, ядра имеют общую разделяемую память. В других случаях экономически целесообразно было бы использовать более производительные процессоры семейства С6000. Процессоры семейства С54хх используются в огромном количестве приложений, и, вероятно, являются самыми массово выпускаемыми сигнальными процессорами.
В новые разработки следует закладывать семейство С55хх, продвигаемое Т1 в данный момент. В сравнении с предыдущим С54хх, С55хх претерпели ряд архитектурных изменений (рис. 2). В ядро процессора добавлено еще одно АЛУ, еще один модуль умножения с накоплением, вследствие чего процессоры способны выполнять до двух вычислительных операций одновременно. Соответственно, увеличено количество внутренних шин (процессоры построены по модифицированной гарвардской архитектуре: разделены шины программ и данных, последних 5 (3 — чтение, 2 — запись). Весь этот набор позволяет значительно ускорить доступ к данным). Разрядность шин увеличена, что позволяет процессору обращаться напрямую к большему объему памяти. Введена плавающая длина инструкций, что зачастую позволяет достичь 30-процентной оптимизации по объему кода. Процессоры этого подсемейства, так же как и предыдущего, обладают конвейером, позволяющим производить обмен данных и вычисления параллельно и достичь максимальной производительности в 600 М1Р8. Процессоры имеют интерфейсы к внешней памяти, в том числе динамической, что позволяет значительно увеличить область их применения и снизить стоимость конечного решения за счет замены более дорогого процессора с большим объемом внутренней памяти процессором с малой внутренней и дешевой внешней памятью.
Процессоры подсемейства С55хх условно можно разделить на ряд групп:
1. Сигнальные процессоры общего назначения: ТМ8320УС5501, С5502, С5510.
Первым процессором семейства С55хх является ТМ8320УС5510. В настоящий момент имеет наибольший объем памяти на кристал-
* ►
MMC/SD
MMC/SD^—►
< ►
7/8’
GPIO <4 ►
2/4*
A/D
О
І:
DPLL USB PLL USB
1 1
PERIPHERAL BUS
{]
ROM
32kW
POWER
MNGMT
Internal
Memory
Interface
SARAM
96kW
DARAM
32kW
4->
DMA
Controller
4 ►
Program Address Bus PAB (24)
Program Data Bus PB (32)
Data Real Address Bus В [BAB] (24) ~|
Data Real Bus В [BB] (16) |
Data Real Address Bus С [CAB] (24)
Data Real Bus С [CB] (16)
Data Real Address Bus D [DAB] (24)
Data Real Bus D [DB] (16)
Data Write Address Bus E [EAB] (24)
Data Write BusE[EB](16)
Data Write Address Bus F [FAB] (24)
Data Write BusF[FB](16)
C55x
Program Address Data CPU
Flow Unit Data Flow Computation
(PU) Unit (AU) Unit (AU)
Instruction Buffer Unit (IU)
►
►
* Number of pins determined by package type.
g « S o>
с 2 О a EQ E -a О ®
<ll
а
a 2
Interrupt
Contril
45/47*
Emulation
Contril
Рис. 2. Архитектура процессора TMS320VC5509
ле, что позволяет ему производить вычисления в приложениях с большим количеством данных, критичных ко времени доступа. Процессоры ТМ8320УС5501, С5502 имеют малый объем памяти на кристалле, но при этом содержат внешние полноразрядные шины адреса, что позволяет подключать к ним массивы данных большого объема.
2. Процессоры ТМ8320УС5503/07/09 содержат периферию, позволяющую легко интегрировать в разработку свойства мультимедийных устройств, таких, как интерфейсы ИазЬ-карт, ШВ.
3. 0МАР5910/12 — процессоры, частично относящиеся к данному семейству. Содержат два ядра на одном кристалле: сигнальное
(С55) и АКМ9. К данным процессорам адаптирован ряд операционных систем, в частности Linux, что позволяет строить на их основе более сложные системы, где сигнальное ядро выполняет сигнальную обработку (звуковая, графическая, видео, телеметрическая и др. информация), АИМ-ядро выполняет функции хост-процессора. Существует множество карманных компьютеров, построенных на базе данных процессоров. Развитая периферия позволяет реализовать большинство функций — от клавиатуры и дисплея до всевозможных коммуникационных свойств.
Характеристики процессоров семейства С55х приведены в таблице 2.
Платформа С6000
Основным критерием при разработке процессоров данного семейства является производительность. С развитием технологий производства полупроводниковых компонентов немаловажными свойствами данных процессоров стали также их относительно малое энергопотребление и низкая цена. Ввиду растущей популярности данных процессоров их номенклатура увеличивается с большой скоростью.
К данной платформе процессоров относятся семейства ТМв320С62хх, ТМ8320С64хх, оперирующие с числами с фиксированной запятой, и ТМв320С67хх — с плавающей.
Линейка процессоров с плавающей запятой платформы С6000 состоит из семейства ТМ8320С67хх — ТМБ320С6701, С6711, С6712, С6713, С6722, С6726, С6727. Привлекательными особенностями семейства С67х является простота реализации алгоритмов обработки сигналов в числах с плавающей запятой, а также наличие в нем процессоров в QFP-корпусах (ТМЭ320С6713, С6722, С6726). Процессоры ТМЭ320С6722, С6726, С6727 идеальны для реализации приложений Ш-Е^ аудио (синтезаторы, студийное оборудование и т. д.) Краткие характеристики процессоров С67х представлены в таблице 3.
Интересными представителями семейства ТМв320С62хх на сегодняшний день являются процессоры ТМ8320С6204 и ТМЭ320С6205. Процессоры семейства ТМ8320С62хх построены на базе архитектуры Уе1осГП первого
Таблица 2. Характеристики процессоров семейства C55x™
ей н ш е ни о К І ■fr Е р те нт X
Обозначение Пиковая произво дительность MMA1 Частота (MHz) 3 П В т К Внешняя память Контроллер ПДП USB АЦП Хост-порт Последовательны интерфейсы Таймеры Загрузчик Аппаратные ускорители Температурный диапазон (C) Дополнительно
TMS320VC5501-300 600 300 32 КБ 32 КБ 16 КБ 32-бит Async SRAM, SBSRAM,SDRAM 6 Каналов Внутр./Внеш. 8-бит HPI 2xMcBSP, I2C,UART 2x64^^ 1 WD + -40...85
TMS320VC5502-300 600 300 64 КБ 32 КБ 16 КБ 32-бит Async SRAM, SBSRAM,SDRAM 8/16-бит HPI 3xMcBSP, I2C,UART 2x64^^ 1 WD + -40...85
TMS320VC5503-200 400 200 64 КБ 64 КБ 16-бит Async SRAM, SDRAM 16-бит EHPI 3xMcBSP, I2C 2x16^^ 1 WD, 1 RTC + Image/Video Extension -40...85
TMS320VC5507-200 400 200 128 КБ 64 КБ 16-бит Async SRAM, SDRAM 1 USB2.0 Full-Speed 4-кан. 10-бит 2-кан. 10-бит [BGA], LQFP] 16-бит EHPI 3xMcBSP, I2C 2x16^^ 1 WD, 1 RTC + Image/Video Extension -40...85 USB, ADC
TMS320VC5509A-200 400 200 256 КБ 64 КБ 16-бит Async SRAM, SDRAM 1 USB2.0 Full-Speed 4-кан. 10-бит 2-кан. 10-бит [BGA], LQFP] 16-бит EHPI 3xMcBSP, I2C 2x16^^ 1 WD, 1 RTC + Image/Video Extension -40...85 MMC/SD, USB, ADC
TMS320VC5510-200 400 200 320 КБ 32 КБ 24 КБ 32-бит Async SRAM, SBSRAM,SDRAM 16-бит EHPI 3xMcBSP 2x16-бит + Image/Video Extension -40...85, 0...85
Таблица 3. Характеристики процессоров семейства C67x™
Процессор Миллионов MAC/с Производительность MFLOPS Тактовая частота, МГц ОЗУ Шины внешней памяти, бит Типы внешней памяти Хост-порт McBSP McASP 2 а. <л Таймеры
TMS320C6701-167 334 1000 167 128 KB 1x32 Async. SRAM,SBSRAM,SDRAM ^16-бит ~Y~ 2x32-бит
TMS320C6711-250 500 1500 250 64 КБ 1x32 Async. SRAM,SBSRAM,SDRAM ^16-бит ~Г~ 2x32-бит
TMS320C6712-150 300 900 150 64 КБ 1x16 Async SRAM,SBSRAM,SDRAM ~T~ 2x32-бит
TMS320C6713-300 600 1800 300 256 КБ 1x32 Async SRAM,SBSRAM,SDRAM ^16-бит ~Т~ “2“ “2“ 2x32-бит
TMS320C6722-250 500 1500 250 128 KB 1x16 Async RAM/ROM,SDR SDRAM “2“ “2“ 2 1 RTI
TMS320C6726-250 500 1500 250 256 KB 1x16 Async RAM/ROM,SDR SDRAM ~Г~ ”2” 2 1 RTI
TMS320C6727-300 600 1800 300 256 KB 1x32 Async RAM/ROM,SDR SDRAM ~Г~ ”2” ”2” 1 RTI
к увеличению производительности при выполнении вычислительных алгоритмов над потоками данных. Также была увеличена функциональность вычислительных модулей. Данные свойства являются весьма существенными в задачах реального времени — основных приложениях сигнальных процессоров.
К семейству С64х относится достаточно обширное количество процессоров, отличающихся по производительности, объему внутренней памяти и набору периферии с идентичным ядром центрального процессора.
Таблица 4. Характеристики процессоров семейства C64x™
Процессор Миллионов MAC/с Тактовая частота, МГц ОЗУ Разрядность шины внешней памяти, бит Типы памяти Ethernet (MAC) PCI Хост-порт McBSP McASP о Таймеры
TMS320C6410-400 3200 400 128 КБ 1x32 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM Ь32/1б-бит 2 2 2 3x32-бит
TMS320C6411-300 2400 300 2 МБ 1x32 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM ^32-бит Ш2/1б-бит 2 3x32-бит
TMS320C6412-720 5760 720 256 КБ 1x64 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM 10/100 Ш2-бит [бб МГц] Ш2/1б-бит 2 1 3x32-бит
TMS320C6413-500 4000 500 256 КБ 1x32 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM Ш2/1б-бит ~Г~ ~Г~ ~Г~ 3x32-бит
TMS320C6414T-1000 8000 1000 1 МБ 1x16, 1x64 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM Ш2/1б-бит 3 3x32-бит
TMS320C6415T-1000 8000 1000 1 МБ 1x16,1x64 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM ^32-бит Ш2/1б-бит 3x32-бит
TMS320C6416T-1000 8000 1000 1 МБ 1x16,1x64 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM ^32-бит Ш2/1б-бит 3 3x32-бит
TMS320C6418-600 4800 600 512 КБ 1x32 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM Ш2/1б-бит 2 2 2 3x32-бит
TMS320C6455-1000 8000 1000 2 МБ 1x64 EMIFA, 1x32 DDR2 Async SRAM, SBSRAM, DDR2SDRAM 10/100/1000 Ш2-бит [66/33 МГц] Ш2/1б-бит 2 1 2xб4-бит
TMS320DM640-400 3200 400 128 КБ 1x32 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM 10/100 2 1 1 3x32-бит
TMS320DM641-600 4800 600 128 КБ 1x32 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM 10/100 ^16-бит ~Г~ ~Т~ ~Т~ 3x32-бит
TMS320DM642-720 5760 720 256 КБ 1x64 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM 10/100 Ш2-бит [бб МГц] Ш2/1б-бит 2 1 1 3x32-бит
TMS320DM643-600 4800 600 256 КБ 1x64 Async SRAM, SDRAM, SBSRAM 10/100 Ш2/1б-бит ~Т~ ~Т~ ~Т~ 3x32-бит
поколения, разработанной Texas Instruments и использующей технологию VLIW (very long instruction word — очень длинное слово команды). По сути, ядро процессора состоит из 8 параллельных вычислительных модулей, а командное слово является 8 параллельными командными словами (по одному на модуль). Процессоры обладают производительностью 1600 MIPS, работают на частоте 200 МГц; имеют по 64 кбайт ОЗУ программ и данных, 32-битный интерфейс внешней памяти, поддерживающий SDRAM, SBSRAM; набор универсальных многоканальных буферизированных последовательных портов; мощный многоканальный контроллер прямого доступа к памяти; дополнительную 32-разрядную шину расширения, позволяющую подключать как синхронные, так и асинхронные устройства (хост-процессоры и т. д.) Отличие между этими двумя процессорами — PCI-контроллер в TMS320C6205. Стоимость процессоров составляет порядка $10-11, что делает их незаменимыми при построении систем обработки сигналов с высокими требованиями к производительности и критичными к цене элементной базы.
Больший интерес на сегодняшний день среди сигнальных процессоров с фиксированной запятой семейства С6000 Texas Instruments представляет семейство TMS320C64xx. Семейство построено на базе архитектуры VelociTI второго поколения. Изменения во втором поколении коснулись ядра процессора, в частности межмодульных соединений, что позволило увеличить пропускную способность между ними, что, в свою очередь, привело
е-
118 1 компоненты
ЦСП
>
ZBT SRAM k>
SRAM ~U>
I ROM/FLASh|o
I 1/0 Diveces H
I Timer 2
Timer 0
VCXO Interpolated Control Port
(VIC)
Video Port 2 (VP2)
Video Port 0 (VPO)
18/10-bit VPO]
AND I McBSPQ | OR
McASPO
Control
Video Port 1 (VP1)
18/10-bit VP1| AND
| McBSPI I OR
McASPO
Data
HPI32
__OR _
HPI16
AND/OR
j^MA^j
|[МЙ0]|
Enhanced
DMA
Controller
(EDMA)
L2
Cache
Memory
256kBytes
TMS320DM642
L1P Cache Direct-Mapped 16k Bytes Total
Instruction Fetch
Instruction Dispatch Advanced Instruction Packet
Instruction Decode
Data Path А Data Path В
A Register File В Register File
А31-А16 B31-B16
А15-А0 B15-B0
.L1 .81 .Ml .D1
.D2 .М2 I.S2 .L12
Control
Registers
Control
Logic
Advanced
In-Circuit
Emulation
Interrupt
Control
L1D Cache 2-Way Set-Associative 16K Bytes Total
PLL
(х1,х6,х12)
Power-Down
Logic
Boot Configuration
Рис. 4. Архитектура процессора TMS320DM642
Таким образом, у разработчика существует возможность оптимально подобрать ЦП, удовлетворяющий требованиям приложения по вычислительной мощности и набору периферии при минимальной цене. Линейку процессоров можно разделить на три части:
1 — бюджетные процессоры, одним из наиболее важных критериев при разработке которых являлась цена (TMS320C6410, 11, 12, 13);
2 — процессоры с максимумом производительности (TMS320C6414T, C6415T, C6416T, C6418, C6455); 3 — специализированные процессоры, к ним относятся TMS320DM640-643, имеющие специальную периферию для видеообработки данных.
Краткие характеристики процессоров C64x представлены в таблице 4.
Исторически первыми появились процессоры TMS320C6414, 15, 16. Отличия в них — периферия. С6415 в дополнение к набору С6414 содержит PCI-контроллер и UTOPIA. С6416 содержит два сопроцессора Viterbi и Turbo, позволяющие значительно повысить производительность коммуникационных приложений. Все три представителя выпускаются в идентичных корпусах и являются совместимыми по выводам. Процессор TMS320C6418 является удешевленным вариантом С6416. TMS320C6410, C6413 — процессоры общего назначения,
имеющие минимальную цену в семействе. ТМ8320С6412 содержит контроллеры РС1 и ЕЛегпе1 (МАС-уровень). ТМ8320С6411 отличается большим объемом внутренней памяти при минимальной цене. Последним из линейки с фиксированной запятой является ТМ8320С6455 (рис. 3). В процессоре применена архитектура Уе1осГП третьего поколения, включающая в себя ряд дополнений к 2-й версии Уе1осГП. Процессор предназначен для построения сверхмощных многопроцессорных систем цифровой обработки сигналов реального времени (радиолокация, управление физическими процессами, устройства распределения видео, телекоммуникационное оборудование базовых станций). Здесь присутствует высокоскоростной интерфейс Иар1ШО, позволяющий в целях создания многопроцессорных систем реализовывать сетевые структуры из данных процессоров. Скорость обмена через интерфейс достигает 10 Гбит/с.
Отдельная ветвь семейства С64х — процессоры TMS320DM64x (рис. 4), предназначенные для обработки видеоданных. Они содержат многофункциональные видеопорты, позволяющие реализовать аппаратный ввод и вывод потоков цифрового видео в различных форматах и предоставляют возможности по преобразованию форматов.
Процессоры DM640 и DM641 содержат соответственно один и два В-битных видеопорта. Процессоры DM642 содержат три гибко настраиваемых 20-битных видеопорта, реализующих до шести входных и выходных видеопотоков. Каждый порт может быть сконфигурирован как два В- или 10-битных порта или один 16- или 20-битный порт. Новый представитель семейства DM64x — DM643 — поддерживает два 20-битных видеопорта.
Видеопорты реализуют интерфейсы к распространенным видео — кодерам и декодерам и поддерживают различные разрешения и стандарты. В режиме входа порты поддерживают:
• Частота вывода данных до В0 МГц.
• Два канала В- или 10-битного цифрового видеопотока YCbCr 4:2:2 в формате ITU-R BT.656, что позволяет подключить цифровую видеокамеру напрямую или аналоговую камеру с использованием видеодекодера.
• Один канал 16- или 20-битного цифрового видеопотока в формате YCbCr 4:2:2 с раздельными компонентами Y и C. Поддерживаются форматы SMPTE 260M, SMPTE 274M, SMPTE 296M, ITU-BT.1120 и другие, включая интерфейсы CCIR601.
• Горизонтальное масштабирование YCbCr 4:2:2 в YCbCr 4:2:0 и масштабирование с коэффициентом 1/2 в В-битных режимах 4:2:2.
• Интерфейс для двух каналов разрядностью до 10 бит или одного разрядностью до 20 бит неформатированного потока видеоданных от АЦП.
В режиме вывода видео поддерживаются:
• Частота вывода данных до 110 МГц.
• Один канал непрерывного вывода видео YCbCr 4:2:2 в формате ITU-R BT.656 с разрешением В или 10 бит.
• Один канал 16- или 20-битного цифрового видеопотока в формате YCbCr 4:2:2 с раздельными компонентами Y и C. Поддерживаются форматы SMPTE 260M, SMPTE 274M, SMPTE 296M, ITU-BT.1120 и другие.
• Горизонтальное масштабирование YCbCr 4:2:0 в YCbCr 4:2:2 и масштабирование с коэффициентом 2 в В-битных режимах 4:2:2.
• Программируемое ограничение амплитуды выходных значений в форматах BT.656 и с раздельными компонентами Y и C.
• Один канал неформатированного потока разрядностью до 20 бит для прямого вывода на RAMDAC. Возможность синхронизации вывода по двум каналам.
• Возможность формирования требуемых временных характеристик развертки на основе внешнего тактового импульса.
В состав видеопорта входит буфер FIFO объемом 5120 байт. Буфер FIFO поддерживает конфигурации с разделением компонент YCbCr входного потока в отдельные параллельно работающие FIFO и обратно при вводе и выводе видеоданных. Таким образом, осуществляется преобразование потока в формат, удобный для внутренней обработки. При работе видеопорта в двухканальном режиме FIFO разделяется между каналами.
Таким образом, в 6000-м семействе получаем следующую картину. При необходимости использовать максимально дешевый процессор выбором могут служить процессоры семейства C62x: TMS320C6204, C6205. В приложениях, где необходимо оптимально сочетать производительность и стоимость, целесообразно использовать семейство C64x: TMS320C6410, 11, 12, 13. В приложениях, где главным критерием выбора является производительность, — TMS320C6414T, C6415T, C6455. Для мощных телекоммуникационных приложений, ввиду наличия специализированных вычислительных модулей, идеально могут подойти процессоры TMS320C16T, C6418. Вприложениях сплавающей запятой можно применить семейство C67x. В приложениях видеообработки, ввиду наличия мощных видеопортов, применимо семейство DM64x.
Средства разработки
Значительную роль в реализации приложений цифровой обработки сигналов играют средства разработки. Здесь у Texas Instruments есть все необходимое. Все вышеописанные процессоры имеют встроенный JTAG-интерфейс, позволяющий вести отладку системы в реальном времени. JTAG-эмулятор подключается через разъем непосредственно к выводам ЦСП, благодаря чему отладку можно производить непосредственно в приложении. Существует два совместимых JTAG-стандарта Texas Instruments: XDS510 и XDS560. Второй из них является более высокоскоростным. С использованием эмулятора возможно задание всевозможных точек останова, в том числе условных. Отладка может также производиться без останова процессора, что весьма существенно при отладке приложений реального времени.
Программная часть состоит из Code Composer Studio — интегрированной среды разработчика, содержащей С/С++, ассемблер, компилятор, линкер, отладчик, редактор. Также в состав CCS входит DSP/BIOS — многофункциональная операционная система реального времени, позволяющая реализовывать многозадачные приложения с синхронизацией потоков и квантованием по времени. DSP/BIOS доступен для всех платформ ЦСП TI. Также в CCS встроены мощные графические средства визуализации данных.
В Code Composer Studio также может быть интегрировано большое количество средств разработки третьих компаний, в частности, существует интерфейс с MatLab.
Бесплатная версия CCS может быть загружена с веб-сайта компании.
Заключение
В данной статье были рассмотрены три основные платформы сигнальных процессоров компании Texas Instruments. За рамками статьи осталось семейство TMS320C30, которое на данный момент более не развивается, хотя сами процессоры выпускаются в огромных количествах ввиду использования их в большом числе ранее сделанных разработок. Цифровую обработку низкочастотных сигналов можно также реализовывать на микроконтроллерах MSP430, имеющих внутренний умножитель с аккумулятором.
Всю необходимую информацию о данных ЦСП можно найти на веб-сайте компании Texas Instruments, где также можно прочитать анонсы о вновь появляющихся процессорах. Дополнительные сведения по подбору сигнальных процессоров можно почерпнуть в специальном руководстве [1]. ■
Литература
1. DSP Selection Guide. SSDV004. Texas Instruments. 2005.
2. TMS320F2810, TMS320F2811, TMS320F2812, TMS320C2810, TMS320C2811, TMS320C2812 Digital Signal Processors. Data Manual. SPRS174L. Texas Instruments. 2004.
3. TMS320VC5509A Fixed-Point Digital Signal Processor. Data Manual. SPRS205E. Texas Instruments. 2005.
4. TMS320C6455 Fixed-Point Digital Signal Processor. SPRS276A. Texas Instruments.
5. Федоров С. Применение семейства процессоров DM64x фирмы Texas Instruments в системах цифрового видео // Компоненты и Технологии. 2005. № 3.
