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Questo articolo apre una serie di pubblicazioni sui DSP multicore TMS320C6678. Questo articolo fornisce una comprensione generale dell'architettura del processore. L'articolo riflette il materiale didattico-pratico offerto agli ascoltatori nell'ambito dei corsi di formazione avanzata nell'ambito del programma "Texas Instruments C66x Multicore Digital Signal Processors" tenutosi presso la Ryazan State Radio Engineering University.

I DSP TMS320C66xx sono basati sull'architettura KeyStone e sono processori di segnali multi-core ad alte prestazioni che operano sia in virgola mobile che fissa. L'architettura KeyStone è un principio sviluppato da Texas Instruments per la produzione di sistemi multicore su un chip, che consente di organizzare il funzionamento congiunto efficiente di un gran numero di core DSP e RISC, acceleratori e dispositivi periferici con una larghezza di banda sufficiente dei canali di trasferimento dati interni ed esterni, che si basano su hardware componenti: Multicore Navigator (controller per scambio dati tramite interfacce interne), TeraNet (bus di trasferimento dati interno), Multicore Shared Memory Controller (controller per accesso alla memoria condivisa) e HyperLink (interfaccia con dispositivi esterni a velocità on-chip).

L'architettura del processore TMS320C6678, il processore più performante della famiglia TMS320C66xx, è mostrata nella Figura 1. L'architettura può essere suddivisa nei seguenti componenti principali:

  • una serie di kernel operativi (CorePack);
  • sottosistema per lavorare con memoria interna ed esterna condivisa (sottosistema di memoria);
  • periferiche;
  • coprocessore di rete;
  • controllore dei trasferimenti interni (Multicore Navigator);
  • moduli hardware di servizio e bus TeraNet interno.

Immagine 1. Architettura generale del processore TMS320C6678

Il processore TMS320C6678 funziona a una frequenza di clock di 1,25 GHz. Il processore si basa su un set di core operativi C66x CorePack, il cui numero e composizione dipendono dal modello di processore specifico. DSP TMS320C6678 include 8 core di tipo DSP. Il kernel è l'elemento computazionale di base e include unità di calcolo, set di registri, macchina programmabile, programma e memoria dati. La memoria che fa parte del kernel è chiamata memoria locale.

Oltre alla memoria locale, esiste una memoria comune a tutti i core: la memoria condivisa di un processore multicore (Multicore Shared Memory - MSM). Si accede alla memoria condivisa tramite il sottosistema di memoria, che include anche un'interfaccia di memoria esterna EMIF per lo scambio di dati tra il processore e chip di memoria esterna.

Il coprocessore di rete aumenta l'efficienza del processore come parte di vari dispositivi di telecomunicazione, implementando compiti di elaborazione dati basati su hardware tipici di quest'area. Il coprocessore si basa sull'acceleratore di dati a pacchetto (Packet Accelerator) e sull'acceleratore di sicurezza delle informazioni (Security Accelerator). La specifica del processore elenca una serie di protocolli e standard supportati da questi acceleratori.

Le periferiche includono:

  • Seriale RapidIO (SRIO) versione 2.1 - fornisce velocità di trasferimento dati fino a 5 GBaud per linea con il numero di linee (canali) - fino a 4;
  • PCI Express (PCIe) Versioni Gen2 - fornisce velocità di trasferimento dati fino a 5 GBaud per linea con un massimo di 2 linee (canali);
  • HyperLink - interfaccia bus interna, che consente di commutare i processori costruiti secondo l'architettura KeyStone direttamente tra loro e scambiarli a velocità intra-chip; velocità di trasferimento dati - fino a 50 Gbaud;
  • Gigabit Ethernet (GbE) fornisce velocità di trasferimento: 10/100/1000 Mbps ed è supportato da un acceleratore hardware delle comunicazioni di rete (coprocessore di rete);
  • EMIF DDR3 - interfaccia di memoria esterna di tipo DDR3; ha una larghezza del bus a 64 bit, fornendo uno spazio di memoria indirizzabile fino a 8 GB;
  • EMIF - interfaccia di memoria esterna per scopi generali; ha una larghezza di bus di 16 bit e può essere utilizzato per collegare Flash NAND da 256 MB o Flash NOR da 16 MB;
  • TSIP (porte seriali per telecomunicazioni) - porta seriale per telecomunicazioni; fornisce velocità di trasferimento fino a 8 Mbit / s per linea con un massimo di 8 linee;
  • UART - porta seriale asincrona universale;
  • I2C - bus di comunicazione interna;
  • GPIO - ingresso-uscita generico - 16 uscite;
  • SPI - interfaccia seriale universale;
  • Timer - sono utilizzati per generare eventi periodici.
I moduli hardware di servizio includono:
  • modulo di debug e traccia - consente agli strumenti di debug di accedere alle risorse interne di un processore in esecuzione;
  • boot ROM: memorizza il programma di avvio;
  • semaforo hardware - serve per il supporto hardware dell'organizzazione dell'accesso condiviso di processi paralleli alle risorse del processore condiviso;
  • modulo di gestione dell'alimentazione - implementa il controllo dinamico delle modalità di alimentazione dei componenti del processore al fine di ridurre al minimo il consumo di energia nei momenti in cui il processore non funziona a piena capacità;
  • circuito PLL - genera le frequenze di clock interne del processore dal segnale di clock di riferimento esterno;
  • controller di accesso diretto alla memoria (EDMA) - gestisce il processo di trasferimento dati, scaricando i core operativi DSP ed essendo un'alternativa a Multicore Navigator.
Il controller di trasferimento interno (Multicore Navigator) è un modulo hardware potente ed efficiente responsabile per l'arbitraggio dei trasferimenti di dati tra i vari componenti del processore. I sistemi multicore TMS320C66xx su un chip sono dispositivi molto complessi e per organizzare lo scambio di informazioni tra tutti i componenti di tale dispositivo, è necessaria un'unità hardware speciale. Multicore Navigator consente a core, periferiche e dispositivi host di non assumere le funzioni di controllo della comunicazione. Quando un componente del processore deve inviare un array di dati a un altro componente, dice semplicemente al controller cosa trasferire e dove. Tutte le funzioni di inoltro e sincronizzazione del mittente e del destinatario sono svolte da Multicore Navigator.

Il cuore del processore multicore TMS320C66xx dal punto di vista dello scambio di dati ad alta velocità tra tutti i numerosi componenti del processore, nonché i moduli esterni, è il bus TeraNet interno.

Il prossimo articolo esaminerà più da vicino l'architettura del core operativo C66x.

1. Guida alla programmazione multicore / SPRAB27B - agosto 2012;
2. Manuale dei dati del processore di segnale digitale multicore a virgola mobile e fissa TMS320C6678 / SPRS691C - Febbraio 2012.

Processore di segnale digitale (processore di segnale digitale - DSP) è un microprocessore programmabile specializzato progettato per manipolare un flusso di dati digitali in tempo reale. I DSP sono ampiamente utilizzati per elaborare flussi di grafica, audio e video.

Qualsiasi computer moderno è dotato di un'unità di elaborazione centrale e solo pochi hanno un processore di segnale digitale (DSP). L'unità di elaborazione centrale è ovviamente un sistema digitale ed elabora dati digitali, quindi a prima vista la differenza tra dati digitali e segnali digitali, cioè i segnali che il processore DSP elabora, non è chiara.

In generale, è naturale riferirsi ai segnali digitali tutti i flussi di informazioni digitali che si formano nel corso delle telecomunicazioni. La cosa principale che distingue queste informazioni è che non sono necessariamente archiviate in memoria (e quindi potrebbero non essere disponibili in futuro), pertanto, devono essere elaborate in tempo reale.

Il numero di fonti di informazioni digitali è praticamente illimitato. Ad esempio, i file MP3 scaricabili contengono segnali digitali che rappresentano effettivamente una registrazione audio. Alcune videocamere digitalizzano i segnali video e li registrano digitalmente. In modelli costosi di telefoni cellulari e cordless, la voce viene anche convertita in un segnale digitale prima della trasmissione.

Variazioni su un tema

I DSP sono fondamentalmente diversi dai microprocessori che costituiscono l'unità di elaborazione centrale di un computer desktop. Per la natura della sua attività, il processore centrale deve svolgere funzioni unificanti. Deve controllare il funzionamento di vari componenti dell'hardware del computer, come unità disco, display grafici e interfaccia di rete, per garantire che funzionino in modo coerente.

Ciò significa che le CPU desktop sono architetture complesse in quanto devono supportare funzionalità di base come protezione della memoria, aritmetica dei numeri interi, virgola mobile e elaborazione grafica vettoriale.

Di conseguenza, una tipica unità di elaborazione centrale moderna supporta diverse centinaia di istruzioni che forniscono tutte queste funzioni. Pertanto, è necessario un modulo di decodifica delle istruzioni che consenta l'implementazione di un vocabolario di istruzioni complesso, nonché una varietà di circuiti integrati. Loro, infatti, dovrebbero eseguire azioni determinate dai comandi. In altre parole, un tipico processore desktop contiene decine di milioni di transistor.

Il DSP, invece, deve essere uno specialista. Il suo unico compito è cambiare il flusso dei segnali digitali e farlo rapidamente. Il DSP è costituito principalmente da circuiti hardware ad alta velocità che eseguono funzioni aritmetiche e manipolazione dei bit, ottimizzati per modificare rapidamente grandi quantità di dati.

Per questo motivo, il DSP ha un set di istruzioni molto più piccolo di una CPU desktop; il loro numero non supera 80. Ciò significa che il DSP richiede un decodificatore di comandi leggero e un numero molto minore di unità di esecuzione. Inoltre, tutte le unità di esecuzione devono infine supportare operazioni aritmetiche ad alte prestazioni. Pertanto, un tipico DSP è costituito da non più di poche centinaia di migliaia di transistor.

In quanto processore DSP altamente specializzato, svolge bene il suo lavoro. Le sue funzioni matematiche consentono di ricevere e modificare continuamente un segnale digitale (come registrazioni audio in MP3 o registrazione di una conversazione su un cellulare) senza rallentare la trasmissione di informazioni o perderle. Per aumentare il throughput, il DSP è dotato di bus dati interni aggiuntivi che consentono un trasferimento dati più rapido tra i moduli aritmetici e le interfacce del processore.

Perché sono necessari i DSP?

Le specifiche capacità di elaborazione delle informazioni del DSP lo rendono ideale per molte applicazioni. Utilizzando algoritmi basati sul corrispondente apparato matematico, il processore DSP può percepire un segnale digitale ed eseguire operazioni di convoluzione per amplificare o sopprimere determinate proprietà del segnale.

A causa del fatto che i DSP hanno un numero significativamente inferiore di transistor rispetto alle CPU, consumano meno energia, il che consente loro di essere utilizzati in prodotti alimentati a batteria. Anche la loro produzione è estremamente semplificata, quindi vengono utilizzati in dispositivi economici. La combinazione di basso consumo energetico e basso costo porta all'uso di processori DSP nei telefoni cellulari e nei robot giocattolo.

Tuttavia, la gamma della loro applicazione è tutt'altro che limitata. A causa dell'elevato numero di moduli aritmetici, memoria su chip e bus dati aggiuntivi, alcuni processori DSP possono essere utilizzati per supportare il multiprocessing. Possono comprimere / decomprimere video in diretta quando vengono trasmessi su Internet. Questi DSP ad alte prestazioni vengono spesso utilizzati nelle apparecchiature di videoconferenza.

All'interno di DSP

Il diagramma seguente illustra la struttura principale del processore Motorola DSP 5680x. Comandi interni separati, dati e bus di indirizzi possono aumentare notevolmente il throughput del sistema di elaborazione. La presenza di un bus dati secondario consente all'unità aritmetica di leggere due valori, moltiplicarli ed eseguire l'operazione di accumulo in un ciclo del processore.

Non molto tempo fa, grazie ai grandi progressi nel campo dell'elaborazione del suono e della tecnologia informatica, un concetto come DSP - Digital Signal Processing (Digital Signal Processing) è entrato saldamente nella nostra coscienza. L'elaborazione del segnale digitale è un campo della tecnologia che si occupa dell'implementazione di algoritmi computazionali in tempo reale. DSP ci parla della capacità di questo o quel ricetrasmettitore di implementare questo servizio attraverso le sue capacità tecniche. Alcuni ricetrasmettitori moderni dispongono di elaborazione digitale sia per la ricezione che per la trasmissione. È sicuro affermare che l'elaborazione digitale fornisce una qualità in linea con le nuove tecnologie e i tempi in cui viviamo.

L'elaborazione digitale applicata ai radioamatori è più spesso utilizzata quando si elabora un segnale dall'aria, al fine di garantire una migliore ricezione, eliminare le interferenze che accompagnano la trasmissione di un corrispondente. Questo viene fatto quando si lavora con qualsiasi tipo di comunicazione, compreso il digitale. A tale scopo vengono spesso utilizzati un computer con una scheda audio incorporata (ZK) e il software corrispondente. Tuttavia, in tempo reale il segnale viene elaborato con un ritardo e se è ancora sopportabile nella modalità di ricezione, non lo è durante la trasmissione.

Quando si opera in SSB e si utilizzano le capacità hardware e software del computer nell'elaborazione del segnale dal microfono, che è collegato alla scheda audio del computer (con la successiva fornitura del segnale a bassa frequenza al modulatore bilanciato del ricetrasmettitore), il ritardo è molto significativo. Non si tratta solo di amplificare il segnale dal microfono a un certo livello con l'aiuto dello ZK, ma di utilizzare speciali programmi di elaborazione del segnale in tempo reale. La situazione è ancora più aggravata quando si lavora con modalità digitali come Amtor, Pactor, Packet, quando il computer viene utilizzato contemporaneamente nel software, diciamo, come filtro Notch e insieme al controller TNC disponibile presso la stazione, fornisce i tipi di lavoro elencati. Il ritardo nell'elaborazione del segnale nel computer è inaccettabile in questi casi. Per eliminare questo problema, utilizzare una scheda audio Audigy-2 (ad esempio, AUDIGY-2 24 bit 96 kHz).

Inoltre, questa scheda audio ha un processore di effetti integrato hardware, che rende possibile, utilizzando le capacità software e hardware, di elaborare il segnale in tempo reale a un livello sufficientemente alto, ad es. in modalità di trasmissione, ad esempio, nei tipi di lavoro telefonici - SSB, AM, FM - hanno un buon equalizzatore, compressore, limitatore e in modalità di ricezione - un filtro Notch, un expander o qualcos'altro.

Tutto ciò è possibile anche con un personal computer con un processore Pentium 200 ... 500 MHz, sebbene sia incoraggiato l'uso di macchine più potenti, poiché ci sono ancora maggiori possibilità di elaborazione del segnale tramite software - Plug In e programmi corrispondenti, il cui algoritmo di elaborazione richiede prestazioni del computer più elevate.

In questo caso, le moderne tecnologie consentono di non utilizzare costosi dispositivi di elaborazione digitale esterni, ma in un modo o nell'altro imitano il loro funzionamento, utilizzando la potenza di calcolo del processore centrale del computer e della scheda audio. Tuttavia, questo è possibile con risorse del computer davvero molto elevate. Applicando queste tecnologie, non resta che installare un'unità di aggancio - un'interfaccia - tra il ricetrasmettitore e il computer e utilizzare con successo le capacità di quest'ultimo.

Per rendere omaggio all'elaborazione del segnale digitale nel ricetrasmettitore o con l'aiuto di un computer, i radioamatori utilizzano anche blocchi di elaborazione DSP esterni. Questa è una tendenza relativamente nuova nella radio amatoriale.

Stiamo parlando di elaborazione del segnale digitale utilizzando apparecchiature moderne e ad alta tecnologia utilizzate nelle trasmissioni radio e negli studi musicali, fornendo una qualità assolutamente professionale e un suono naturale. Si tratta di console di missaggio di alta qualità, oltre a tutti i tipi di equalizzatori multibanda analogico-digitale (più spesso parametrici), sistemi di riduzione del rumore - Noise Gate, compressori, limitatori, processori multieffetto, che consentono di ottenere vari algoritmi per l'elaborazione del suono.

Va notato che DSP è un concetto generale. Puoi avere un equalizzatore DSP, un compressore, altri dispositivi e persino un preamplificatore microfonico. Avere una funzione DSP in un ricetrasmettitore è una cosa, avere un intero studio di apparecchiature DSP è una possibilità completamente diversa. Ciò è vero se, in entrambi i casi, detta elaborazione viene eseguita a bassa frequenza.

Famosi produttori di apparecchiature DSP - Behringer www.behringer.com, Alesis www.alesis.com e altri - ne hanno un elenco enorme e gran parte di esso può essere utilizzato con successo dai radioamatori.

Ciascuno di questi dispositivi svolge il proprio compito e, di norma, contiene nei suoi due canali ADC e DAC di precisione a 24 bit (convertitori analogico-digitale e digitale-analogico), che operano a una frequenza di campionamento professionale e con un intervallo di frequenza operativa di 20 Hz ... 20 kHz ...

Riferimento rapido

Convertitori analogico-digitale e digitale-analogico. Il primo converte il segnale analogico in un valore di ampiezza digitale, il secondo esegue la conversione inversa.

Il principio di funzionamento dell'ADC è misurare il livello del segnale in ingresso e produrre il risultato in forma digitale. Come risultato del funzionamento dell'ADC, un segnale analogico continuo viene convertito in un impulso, con la misurazione simultanea dell'ampiezza di ciascun impulso. Il DAC riceve un valore digitale dell'ampiezza in ingresso ed emette impulsi di tensione o corrente della grandezza richiesta in uscita, che l'integratore (filtro analogico) situato dietro di esso converte in un segnale analogico continuo.

Come ogni nuova direzione (soprattutto che richiede l'investimento di denaro), ha i suoi sostenitori e oppositori. Per ottenere un alto livello di qualità, è necessario un filtro più ampio nel ricetrasmettitore SSB shaper per la trasmissione - 3 kHz, e non 2,4 kHz o 2,5 kHz, ma questo non va oltre l'ambito delle normative sulla comunicazione radioamatoriale in termini di apparecchiature utilizzate.

Oggi, solo i pigri, gli invidiosi o quelli che non apprezzano il progresso e le nuove tecnologie possono rifiutare il diritto di esistere di una direzione nell'elaborazione del suono con l'aiuto di dispositivi aggiuntivi.

"Hi-Fi Audio in SSB" - elaborazione del segnale a bassa frequenza di alta qualità in SSB, o "Extended SSB" - SSB esteso - frasi spesso ascoltate e che spiegano in parte più di 10 anni di attività di radioamatori di tutto il mondo su una frequenza di 14178 kHz.

Ecco una "tavola rotonda" di fan dei segnali da studio e dei metodi per riceverli. Questa è una tavola rotonda che non ha tempo. Il lavoro viene svolto quasi 24 ore su 24. Ci sono poco più di 100 radioamatori attivi nel mondo che utilizzano queste tecnologie, non sono molto preoccupati per QRM, perché hanno già ottenuto un successo significativo nell'equipaggiamento delle loro stazioni e hanno non solo ricetrasmettitori di potenza di alta classe (spesso della classe High Power), ma anche, cosa più importante , antenne direzionali efficienti

Molte persone ascoltano in quasi tutti i passaggi, e talvolta anche in sua assenza, Bill, W2ONV, del New Jersey, il più antico radioamatore e un grande specialista nel campo dell'elaborazione del suono utilizzando dispositivi DSP esterni, con una potenza di 1,5 kW (il massimo consentito negli Stati Uniti) e due canali d'onda a quattro elementi in fase, per molti anni è stato quasi sempre sentito in Europa a una frequenza di 14178 kHz. Le persone che lavorano a questa "tavola rotonda" sono di età diverse, principalmente dai 30 agli 80 anni, e il tono nel lavoro è in misura maggiore chiedi ai radioamatori della fascia di età più avanzata E questo non è un omaggio alla vecchia generazione, questa è un'affermazione del fatto Sono loro che hanno un grande successo nel campo dell'elaborazione digitale, poiché hanno conoscenze sufficienti e attrezzature più serie.

I radioamatori su "14178" sono padroni di sé e sereni, completamente appassionati del proprio lavoro, i colleghi principianti appassionati sono sempre i benvenuti e forniscono loro tutta l'assistenza possibile. un enorme contributo allo sviluppo di questa direzione è stato dato da John, NU9N, che ha creato un sito web su Internet (www.nu9n.com), dove ha pubblicato praticamente un tutorial sull'uso di dispositivi di elaborazione digitale esterni, la sequenza della loro connessione (una domanda molto importante) l'impostazione dei parametri Sul sito NU9N, puoi anche scaricare campioni di segnali DSP di molti radioamatori Ascoltarli è piuttosto interessante.

Sfortunatamente, in termini quantitativi, le stazioni dell'ex Unione sono rappresentate molto debolmente a 14178 kHz - Vasily, ER4DX, Igor, EW1MM, Sergey, EW1DM, Sergey, RW3PS, Victor, RA9FIF e Oleg, RV3AAJ (nessun altro dato) l'acquisizione di apparecchiature audio, così come la mentalità delle persone - quando non ci sono tempo e denaro per fare tutto questo, significa che è male, significa che non è necessario Ovviamente, dovremmo soffermarci sul fatto che tutte le direzioni del radioamatore hanno diritto alla vita, che sia concorrenza, lavoro QRP (o QRO), DX'ing E anche la mancanza di una certa conoscenza del codice Morse, una lingua straniera e molte altre cose - anche questa è una "direzione", e noi, ahimè, stiamo iniziando ad abituarci a questo.

Auguriamo ai “giovani” (10 anni per la radio un periodo breve) il successo nel loro difficile hobby, e invito tutti coloro che hanno già ottenuto risultati in altri settori ad unirsi alla comunità degli amanti del segnale in studio, dopotutto, non c'è niente di più interessante di un debutto.

65 nanometri è il prossimo obiettivo dell'impianto di Zelenograd "Angstrem-T", che costerà 300-350 milioni di euro. L'impresa ha già presentato domanda di prestito agevolato per l'ammodernamento delle tecnologie di produzione a Vnesheconombank (VEB), ha riferito Vedomosti questa settimana con riferimento al presidente del consiglio di amministrazione dello stabilimento Leonid Reiman. Ora "Angstrem-T" si prepara a lanciare una linea di produzione per microcircuiti con topologia a 90 nm. I pagamenti del precedente prestito VEB, per il quale era stato acquistato, inizieranno a metà 2017.

Pechino fa crollare Wall Street

I principali indici statunitensi hanno segnato i primi giorni del nuovo anno con un calo record, il miliardario George Soros ha già avvertito che il mondo si aspetta una ripetizione della crisi del 2008.

Il primo processore consumer russo Baikal-T1 al prezzo di $ 60 viene lanciato nella produzione di massa

All'inizio del 2016, la società Baikal Electronics promette di lanciare nella produzione industriale il processore russo Baikal-T1 del valore di circa $ 60. I dispositivi saranno richiesti se questa domanda viene creata dallo stato, affermano i partecipanti al mercato.

MTS ed Ericsson svilupperanno e implementeranno congiuntamente il 5G in Russia

PJSC "Mobile TeleSystems" ed Ericsson hanno firmato un accordo sulla cooperazione nello sviluppo e nell'implementazione della tecnologia 5G in Russia. In progetti pilota, anche durante la Coppa del Mondo 2018, MTS intende testare gli sviluppi del fornitore svedese. All'inizio del prossimo anno l'operatore inizierà un dialogo con il Ministero delle Telecomunicazioni e delle Comunicazioni di massa sulla formazione dei requisiti tecnici per la quinta generazione di comunicazioni mobili.

Sergey Chemezov: Rostec è già una delle dieci più grandi società di costruzione di macchine al mondo

In un'intervista a RBC, il capo di Rostec, Sergey Chemezov, ha risposto a domande taglienti: sul sistema Platon, i problemi e le prospettive di AVTOVAZ, gli interessi della State Corporation nel settore farmaceutico, ha parlato di cooperazione internazionale di fronte alla pressione delle sanzioni, sostituzione delle importazioni, riorganizzazione, strategie di sviluppo e nuove opportunità in tempi difficili.

Rostec "protegge" e invade gli allori di Samsung e General Electric

Il Consiglio di Sorveglianza di Rostec ha approvato la "Strategia di sviluppo fino al 2025". Gli obiettivi principali sono aumentare la quota di prodotti civili ad alta tecnologia e raggiungere General Electric e Samsung negli indicatori finanziari chiave.

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