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Cet article ouvre une série de publications sur les DSP multicœur TMS320C6678. Cet article fournit une compréhension générale de l'architecture du processeur. L'article reflète le matériel didactique offert aux auditeurs dans le cadre de cours de formation avancée sur le programme «Processeurs de signaux numériques multicœurs Texas Instruments C66x» qui s'est tenu à l'Université Ryazan State Radio Engineering.

Les DSP TMS320C66xx sont basés sur l'architecture KeyStone et sont des processeurs de signaux multicœurs hautes performances fonctionnant à la fois en virgule fixe et flottante. L'architecture KeyStone est un principe de fabrication de systèmes multicœurs sur puce développé par Texas Instruments, qui permet d'organiser un fonctionnement conjoint efficace d'un grand nombre de cœurs DSP et RISC, d'accélérateurs et de périphériques avec une bande passante suffisante pour les canaux de transfert de données internes et externes, qui sont basés composants: Multicore Navigator (contrôleur pour l'échange de données via des interfaces internes), TeraNet (bus de transfert de données interne), Multicore Shared Memory Controller (contrôleur pour l'accès à la mémoire partagée) et HyperLink (interface avec des périphériques externes à la vitesse de la puce).

L'architecture du processeur TMS320C6678, le processeur le plus performant de la famille TMS320C66xx, est illustrée à la figure 1. L'architecture peut être décomposée en les composants principaux suivants:

  • un ensemble de noyaux d'exploitation (CorePack);
  • sous-système pour travailler avec la mémoire interne et externe partagée (sous-système de mémoire);
  • périphériques;
  • coprocesseur réseau;
  • contrôleur des transferts internes (Multicore Navigator);
  • modules matériels de service et bus TeraNet interne.

Image 1. Architecture générale du processeur TMS320C6678

Le processeur TMS320C6678 fonctionne à une vitesse d'horloge de 1,25 GHz. Le processeur est basé sur un ensemble de cœurs d'exploitation C66x CorePack, dont le nombre et la composition dépendent du modèle de processeur spécifique. Le DSP TMS320C6678 comprend 8 cœurs de type DSP. Le noyau est l'élément de calcul de base et comprend des unités de calcul, des ensembles de registres, une machine programmable, un programme et une mémoire de données. La mémoire qui fait partie du noyau est appelée mémoire locale.

En plus de la mémoire locale, il existe une mémoire commune à tous les cœurs - la mémoire partagée d'un processeur multicœur (Multicore Shared Memory - MSM). La mémoire partagée est accessible via le sous-système de mémoire, qui comprend également une interface mémoire externe EMIF pour l'échange de données entre le processeur et les puces de mémoire externe.

Le coprocesseur réseau augmente l'efficacité du processeur dans le cadre de divers dispositifs de télécommunication, mettant en œuvre des tâches de traitement de données basées sur le matériel pour ce domaine. Le coprocesseur est basé sur Packet Accelerator et Security Accelerator. La spécification du processeur répertorie un ensemble de protocoles et de normes pris en charge par ces accélérateurs.

Les périphériques comprennent:

  • Série RapidIO (SRIO) version 2.1 - fournit un taux de transfert de données jusqu'à 5 GBaud par ligne avec le nombre de lignes (canaux) - jusqu'à 4;
  • PCI Express (PCIe) Versions Gen2 - fournit un taux de transfert de données jusqu'à 5 GBaud par ligne avec jusqu'à 2 lignes (canaux);
  • HyperLink - interface de bus interne, qui permet de commuter les processeurs construits sur l'architecture KeyStone directement entre eux et d'échanger à une vitesse sur puce; vitesse de transfert de données - jusqu'à 50 Gbauds;
  • Gigabit Ethernet (GbE) fournit des taux de transfert: 10/100/1000 Mbps et est pris en charge par un accélérateur matériel de communications réseau (coprocesseur réseau);
  • EMIF DDR3 - interface mémoire externe de type DDR3; a une largeur de bus de 64 bits, fournissant un espace mémoire adressable jusqu'à 8 Go;
  • EMIF - interface de mémoire externe usage général; a une largeur de bus de 16 bits et peut être utilisé pour connecter 256 Mo NAND Flash ou 16 Mo NOR Flash;
  • TSIP (ports série télécom) - port série de télécommunication; fournit des taux de transfert jusqu'à 8 Mbit / s par ligne avec le nombre de lignes jusqu'à 8;
  • UART - port série asynchrone universel;
  • I2C - bus de communication interne;
  • GPIO - entrée-sortie à usage général - 16 sorties;
  • SPI - interface série universelle;
  • Minuteries - sont utilisés pour générer des événements périodiques.
Les modules matériels de service comprennent:
  • module de débogage et de trace - permet aux outils de débogage d'accéder aux ressources internes d'un processeur en cours d'exécution;
  • boot ROM - stocke le programme de démarrage;
  • sémaphore matériel - sert au support matériel de l'organisation de l'accès partagé de processus parallèles aux ressources partagées du processeur;
  • module de gestion de l'alimentation - met en œuvre le contrôle dynamique des modes de puissance des composants du processeur afin de minimiser la consommation d'énergie aux moments où le processeur ne fonctionne pas à pleine capacité;
  • circuit PLL - génère les fréquences d'horloge interne du processeur à partir du signal d'horloge de référence externe;
  • contrôleur d'accès direct à la mémoire (EDMA) - gère le processus de transfert de données, déchargeant les cœurs de fonctionnement du DSP et constituant une alternative à Multicore Navigator.
Le contrôleur de transfert interne (Multicore Navigator) est un module matériel puissant et efficace chargé de l'arbitrage des transferts de données entre les différents composants du processeur. Les systèmes multicœurs TMS320C66xx sur puce sont des dispositifs très complexes et pour organiser l'échange d'informations entre tous les composants d'un tel dispositif, une unité matérielle spéciale est nécessaire. Multicore Navigator permet aux cœurs, aux périphériques et aux périphériques hôtes de ne pas prendre en charge les fonctions de contrôle des communications. Lorsqu'un composant du processeur doit envoyer un tableau de données à un autre composant, il indique simplement au contrôleur ce qu'il doit transférer et où. Toutes les fonctions de transfert et de synchronisation de l'expéditeur et du destinataire sont assurées par Multicore Navigator.

Le bus TeraNet interne est le cœur du processeur multicœur TMS320C66xx du point de vue de l'échange de données à grande vitesse entre tous les nombreux composants du processeur, ainsi que des modules externes.

Le prochain article examinera de plus près l'architecture du cœur d'exploitation C66x.

1. Guide de programmation multicœur / SPRAB27B - août 2012;
2. Manuel de données du processeur de signaux numériques à virgule flottante et fixe multicœur TMS320C6678 / SPRS691C - Février 2012.

Processeur de signal numérique (processeur de signal numérique - DSP) est un microprocesseur programmable spécialisé conçu pour manipuler un flux de données numériques en temps réel. Les DSP sont largement utilisés pour traiter les flux graphiques, audio et vidéo.

Tout ordinateur moderne est équipé d'une unité centrale et seuls quelques-uns disposent d'un processeur de signal numérique (DSP). L'unité centrale de traitement est évidemment système numérique et traite les données numériques, de sorte qu'à première vue, la différence entre les données numériques et les signaux numériques, c'est-à-dire les signaux traités par le processeur DSP, n'est pas claire.

En général, il est naturel de désigner par signaux numériques tous les flux d'informations numériques qui se forment au cours des télécommunications. La principale chose qui distingue ces informations est qu'elles ne sont pas nécessairement stockées en mémoire (et peuvent donc ne pas être disponibles à l'avenir), par conséquent, elles doivent être traitées en temps réel.

Le nombre de sources d'informations numériques est pratiquement illimité. Par exemple, les fichiers MP3 téléchargeables contiennent des signaux numériques qui représentent en fait un enregistrement sonore. Certains caméscopes numérisent les signaux vidéo et les enregistrent numériquement. Dans les modèles coûteux de téléphones sans fil et cellulaires, la voix est également convertie en signal numérique avant la transmission.

Variations sur un thème

Les DSP sont fondamentalement différents des microprocesseurs qui composent l'unité centrale de traitement d'un ordinateur de bureau. De par la nature de son activité, le processeur central doit remplir des fonctions unificatrices. Il doit contrôler le fonctionnement de divers composants du matériel informatique, tels que les lecteurs de disque, les affichages graphiques et l'interface réseau, pour s'assurer qu'ils fonctionnent ensemble.

Cela signifie que les processeurs de bureau sont des architectures complexes car ils doivent prendre en charge ces les fonctions de basecomme la protection de la mémoire, l'arithmétique des nombres entiers, la virgule flottante et le traitement graphique vectoriel

En conséquence, une unité centrale de traitement moderne typique prend en charge plusieurs centaines d'instructions qui fournissent toutes ces fonctions. Par conséquent, un module de décodage d'instructions est nécessaire qui permettrait la mise en œuvre d'un vocabulaire d'instructions complexe, ainsi que de nombreux circuits intégrés. Ils devraient, en fait, effectuer des actions déterminées par les commandes. En d'autres termes, un processeur de bureau typique contient des dizaines de millions de transistors.

Le DSP, en revanche, doit être un spécialiste. Son seul travail est de modifier le flux des signaux numériques et de le faire rapidement. Le DSP se compose principalement de circuits matériels à haute vitesse qui exécutent des fonctions arithmétiques et de manipulation de bits, optimisés pour changer rapidement de grandes quantités de données.

Pour cette raison, le jeu de commandes DSP est beaucoup plus petit que celui de unité centrale de traitement ordinateur de bureau; leur nombre ne dépasse pas 80. Cela signifie que le DSP nécessite un décodeur de commande léger et un nombre beaucoup plus petit d'unités d'exécution. En outre, toutes les unités d'exécution doivent prendre en charge des opérations arithmétiques de haute performance. Ainsi, un DSP typique ne comprend pas plus de quelques centaines de milliers de transistors.

En tant que processeur DSP hautement spécialisé, il fait bien son travail. Ses fonctions mathématiques vous permettent de recevoir et de modifier en continu un signal numérique (comme des enregistrements audio en MP3 ou l'enregistrement d'une conversation sur un téléphone portable) sans ralentir la transmission des informations ni les perdre. Pour augmenter le débit, le DSP est équipé de bus de données internes supplémentaires qui permettent un transfert de données plus rapide entre les modules arithmétiques et les interfaces de processeur.

Pourquoi les DSP sont-ils nécessaires?

Les capacités de traitement de l'information spécifiques du DSP le rendent idéal pour de nombreuses applications. En utilisant des algorithmes basés sur l'appareil mathématique correspondant, le processeur DSP peut percevoir un signal numérique et effectuer des opérations de convolution pour amplifier ou supprimer certaines propriétés du signal.

En raison du fait que les DSP ont beaucoup moins de transistors que les processeurs, ils utilisent moins d'énergie, ce qui leur permet d'être utilisés dans des produits alimentés par batterie. Leur production est également extrêmement simplifiée, de sorte qu'ils sont utilisés dans des appareils peu coûteux. La combinaison d'une faible consommation d'énergie et d'un faible coût détermine l'utilisation de processeurs DSP dans téléphones portables et dans les robots jouets.

Cependant, leur champ d'application est loin d'être limité. En raison du grand nombre de modules arithmétiques, de la présence de mémoire sur puce et de bus de données supplémentaires, certains processeurs DSP peuvent être utilisés pour prendre en charge le multitraitement. Ils peuvent compresser / décompresser la vidéo en direct lorsqu'elle est transmise sur Internet. Ces DSP hautes performances sont souvent utilisés dans les équipements de visioconférence.

À l'intérieur du DSP

Le schéma ci-dessous illustre la structure de base du processeur Motorola DSP 5680x. Des bus de commande, de données et d'adresses internes séparés peuvent augmenter considérablement le débit du système informatique. La présence d'un bus de données secondaire permet à l'unité arithmétique de lire deux valeurs, de les multiplier et d'effectuer l'opération d'accumulation en un seul cycle de processeur.

Il n'y a pas si longtemps, grâce aux grandes avancées du traitement du son et la technologie informatique un concept tel que DSP - Digital Signal Processing (Digital Signal Processing) est fermement entré dans notre conscience. Le traitement numérique du signal est un domaine de la technologie qui traite de la mise en œuvre d'algorithmes de calcul en temps réel. DSP nous informe de la capacité de tel ou tel émetteur-récepteur à mettre en œuvre ce service grâce à ses capacités techniques. Certains émetteurs-récepteurs modernes ont un traitement numérique pour la réception et la transmission. Il est sûr de dire que le traitement numérique offre une qualité qui est en phase avec les nouvelles technologies et l'époque dans laquelle nous vivons.

Le traitement numérique tel qu'il est appliqué à la radio amateur est le plus souvent utilisé lors du traitement d'un signal aérien, afin d'assurer une meilleure réception, d'éliminer les interférences qui accompagnent la transmission d'un correspondant. Ceci est fait lorsque vous travaillez avec n'importe quel type de communication, y compris numérique. À cette fin, un ordinateur avec une carte son intégrée (ZK) et le logiciel correspondant sont souvent utilisés. Cependant, en temps réel, le signal est traité avec un retard, et s'il est encore supportable en mode réception, alors ce n'est pas pendant la transmission.

Fonctionnant SSB et utilisant les capacités matérielles et logicielles de l'ordinateur pour traiter le signal du microphone, qui est connecté à la carte son de l'ordinateur (avec la fourniture ultérieure du signal basse fréquence au modulateur équilibré de l'émetteur-récepteur), le retard est très important. Il est pas seulement pour amplifier le signal du microphone à un certain niveau à l'aide du ZK, mais pour utiliser programmes spéciaux traitement du signal en temps réel. La situation est encore plus aggravée lorsque vous travaillez avec des modes numériques tels que Amtor, Pactor, Packet, lorsque l'ordinateur est utilisé simultanément dans un logiciel, par exemple en tant que filtre Notch et avec le contrôleur TNC disponible à la station, il fournit les types de travail répertoriés. Le retard dans le traitement du signal dans l'ordinateur est inacceptable dans de tels cas. Afin de se débarrasser de ce problème, utilisez une carte son Audigy-2 (par exemple, AUDIGY-2 24 bits 96 kHz).

En outre, cette carte son dispose d'un processeur d'effets intégré au matériel, qui permet d'utiliser les capacités logicielles et matérielles pour traiter le signal en temps réel à un niveau suffisamment élevé, c'est-à-dire en mode de transmission, par exemple, dans les types de téléphone de travail - SSB, AM, FM - ont un bon égaliseur, compresseur, limiteur et en mode de réception - un filtre Notch, un expandeur ou autre chose.

Tout cela est possible même avec ordinateur personnel avec un processeur Pentium 200 ... 500 MHz, bien que l'utilisation de machines plus puissantes soit encouragée, car il existe encore plus de possibilités de traitement du signal en utilisant logiciel - Plug-in et programmes correspondants, dont l'algorithme de traitement nécessite plus haute performance ordinateur.

Dans ce cas technologies modernes permettent de ne pas utiliser de dispositifs externes de traitement numérique coûteux, mais d'imiter à un degré ou à un autre leur fonctionnement, en utilisant la puissance de calcul du processeur central et de la carte son de l'ordinateur. Cependant, cela est possible avec des ressources informatiques vraiment très élevées. En appliquant ces technologies, il ne reste plus qu'à installer une station d'accueil - une interface - entre l'émetteur-récepteur et l'ordinateur et à utiliser avec succès les capacités de ce dernier.

Rendant hommage au traitement numérique du signal dans l'émetteur-récepteur ou à l'aide d'un ordinateur, les radioamateurs utilisent également des blocs de traitement DSP externes. Il s'agit d'une tendance relativement nouvelle dans la radio amateur.

Nous parlons de traitement numérique du signal utilisant la haute technologie, équipement moderne, utilisé dans les studios de diffusion et de musique, offrant une qualité absolument professionnelle et un son naturel. Ce sont des consoles de mixage de haute qualité, ainsi que toutes sortes d'égaliseurs analogiques-numériques multibandes (le plus souvent paramétriques), des systèmes de réduction du bruit - Noise Gate, des compresseurs, des limiteurs, des processeurs multi-effets, vous permettant d'obtenir divers algorithmes de traitement du son.

Il convient de noter que le DSP est un concept général. Vous pouvez avoir un égaliseur DSP, un compresseur, d'autres appareils et même un préampli micro. Avoir une fonction DSP dans un émetteur-récepteur est une chose, avoir tout un studio d'équipement DSP est une possibilité complètement différente. Ceci est vrai si, dans les deux cas, ledit traitement est effectué à basse fréquence.

Les fabricants renommés d'équipements DSP - Behringer www.behringer.com, Alesis www.alesis.com et autres - en ont une liste énorme, et une grande partie peut être utilisée avec succès par les radioamateurs.

Chacun de ces appareils remplit sa tâche et, en règle générale, contient dans ses deux canaux des ADC et DAC de précision 24 bits (convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique), fonctionnant à une fréquence d'échantillonnage professionnelle et ayant une plage de fréquences de fonctionnement de 20 Hz à 20 kHz. ...

Référence rapide

Convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique. Le premier convertit le signal analogique en une valeur d'amplitude numérique, le second effectue la conversion inverse.

Le principe de fonctionnement de l'ADC est de mesurer le niveau du signal d'entrée et de sortir le résultat sous forme numérique. À la suite de l'opération ADC, un signal analogique continu est converti en une impulsion, avec la mesure simultanée de l'amplitude de chaque impulsion. Le DAC reçoit une valeur numérique de l'amplitude à l'entrée et délivre des impulsions de tension ou de courant de l'amplitude requise, que l'intégrateur (filtre analogique) situé derrière lui convertit en un signal analogique continu.

Comme toute nouvelle direction (en particulier celle nécessitant un investissement en argent), elle a ses partisans et ses opposants. Pour atteindre un haut niveau de qualité, un filtre plus large dans le shaper émetteur-récepteur BLU est nécessaire pour la transmission - 3 kHz, et non 2,4 kHz ou 2,5 kHz, mais cela ne va pas au-delà du champ d'application des réglementations de communication radioamateur en termes d'équipement utilisé.

Aujourd'hui, seuls les paresseux, les envieux ou ceux qui ne saluent pas le progrès et les nouvelles technologies peuvent rejeter le droit à l'existence d'une direction dans le traitement du son à l'aide de dispositifs supplémentaires.

"Hi-Fi Audio in SSB" - traitement du signal basse fréquence de haute qualité en SSB, ou "Extended SSB" - SSB étendu - phrases souvent entendues et expliquant en partie plus de 10 ans d'activité des radioamateurs du monde entier à une fréquence de 14178 kHz.

Voici une "table ronde" des fans de signaux de studio et des méthodes pour les obtenir. C'est une table ronde qui n'a pas le temps. Le travail est effectué presque 24 heures sur 24. Il y a un peu plus de 100 radioamateurs actifs dans le monde qui utilisent ces technologies, ils ne sont pas très inquiets pour QRM, car ils ont déjà obtenu un succès significatif dans l'équipement de leurs stations et disposent non seulement d'émetteurs-récepteurs de puissance haut de gamme (souvent de la classe High Power), mais aussi, surtout, , antennes directionnelles efficaces

Beaucoup de gens entendent dans presque tous les passages, et parfois même en son absence, Bill, W2ONV, du New Jersey - le plus ancien radioamateur et un grand spécialiste dans le domaine du traitement du son utilisant des appareils DSP externes. deux canaux d'ondes phasés à quatre éléments, depuis de nombreuses années, il a été presque toujours entendu en Europe à une fréquence de 14178 kHz. Les personnes travaillant à cette "table ronde" sont d'âges différents, principalement de 30 à 80 ans, et le ton dans le travail est dans une plus large mesure demandez aux radioamateurs de la tranche d'âge plus âgée Et ce n'est pas un hommage à l'ancienne génération, c'est une affirmation du fait Ce sont eux qui ont un grand succès dans le domaine du traitement numérique, puisqu'ils ont des connaissances suffisantes et des équipements plus sérieux.

Les radioamateurs du «14178» sont confiants et calmes, passionnés par leur travail, les collègues débutants sont toujours les bienvenus et leur apportent toute l'assistance possible. une énorme contribution au développement de cette direction a été faite par John, NU9N, qui a créé un site Web sur Internet (www.nu9n.com), où il a posté pratiquement un tutoriel sur l'utilisation de dispositifs de traitement numérique externes, la séquence de leur connexion (une question très importante) la configuration des paramètres Sur le site Web de NU9N, vous pouvez également télécharger des échantillons de signaux DSP de nombreux radioamateurs Les écouter est assez intéressant.

Malheureusement, en termes quantitatifs, les stations de l'ex-Union soviétique sont très mal représentées à 14178 kHz - Vasily, ER4DX, Igor, EW1MM, Sergey, EW1DM, Sergey, RW3PS, Victor, RA9FIF et Oleg, RV3AAJ (aucune autre donnée) Le manque de financement supplémentaire affecte l'acquisition de matériel audio, ainsi que la mentalité des gens - quand il n'y a pas de temps et d'argent pour faire tout cela, cela signifie que c'est mauvais, cela signifie que ce n'est pas nécessaire Évidemment, il faut s'attarder sur le fait que tous les domaines du radioamateurisme ont droit à la vie, que ce soit la concurrence, travail QRP (ou QRO), DX'ing Et même le manque de connaissance du code Morse, d'une langue étrangère et bien d'autres choses - c'est aussi une «direction», et nous, hélas, commençons à nous y habituer.

Souhaitons aux «jeunes» (10 ans pour la radio est une courte période) du succès dans leur passe-temps difficile, et j'invite tous ceux qui ont déjà obtenu des résultats dans d'autres domaines à rejoindre la communauté des amateurs de signaux de studio, après tout, il n'y a rien de plus intéressant qu'un début.

65 nanomètres est le prochain objectif de l'usine de Zelenograd "Angstrem-T", qui coûtera 300-350 millions d'euros. L'entreprise a déjà déposé une demande de prêt à taux préférentiel pour la modernisation des technologies de production auprès de la Vnesheconombank (VEB), a fait savoir Vedomosti cette semaine en référence au président du conseil d'administration de l'usine Leonid Reiman. Aujourd'hui, "Angstrem-T" se prépare à lancer une ligne de production de microcircuits avec une topologie de 90 nm. Les paiements sur le prêt VEB précédent, pour lequel il a été acheté, commenceront à la mi-2017.

Pékin effondre Wall Street

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Début 2016, la société Baikal Electronics promet de lancer dans la production industrielle le processeur russe Baikal-T1 d'une valeur d'environ 60 dollars. Les appareils seront en demande si cette demande est créée par l'État, selon les acteurs du marché.

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Mobile TeleSystems PJSC et Ericsson ont signé un accord de coopération pour le développement et la mise en œuvre de la technologie 5G en Russie. Dans le cadre de projets pilotes, notamment pendant la Coupe du monde 2018, MTS entend tester les développements du fournisseur suédois. Au début de l'année prochaine, l'opérateur entamera un dialogue avec le ministère des Télécoms et des Communications de masse sur la formation les pré-requis techniques à la cinquième génération de communications mobiles.

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