BC/NW 2008, №1 (12): 2.1

ПРИМЕНЕНИЕ РАЗНОРОДНОЙ МНОГОПРОЦЕССОРНОЙ АРХИТЕКТУРЫ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ СИСТЕМ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Д.А. Ухналев, Е.А. Панкратова

(Москва, Московский энергетический институт(технический университет), Россия)

Часто для решения задач цифровой обработки сигналов (ЦОС) приходится использовать специализированный сигнальный процессор, в архитектуре которого присутствуют блоки, направленные на повышение вычислительной мощности, набор инструкций которого оптимизирован под задачи цифровой обработки сигналов. Сюда относятся аппаратная реализация умножения, минимизация времени выполнения инструкции «умножение с накоплением» и т.п.

В системах цифровой обработки сигналов присутствуют задачи, решение которых проблематично переложить на сигнальный процессор по следующим причинам:

- сигнальный процессор может не обладать достаточным набором встроенной периферии (например, нет встроенного USB или Ethernet контроллера);

- процессор не обладает требуемыми интерфейсами для подключения периферийных устройств (например, нет аппаратной реализации параллельного интерфейса, UART, I2C, CAN);

- недостаточное число портов ввода-вывода общего назначения;

- архитектура процессора не позволяет реализовать требуемое быстродействие управляющих алгоритмов, обмена по протоколам (например, инструкции ветвления требуют большого числа тактов для своего выполнения, нет блока предсказания переходов и т.п.);

- задачи обслуживания периферийных устройств занимают много процессорного времени (например, ведётся интенсивный обмен или требуется предварительная обработка полученных данных);

- запросы на обслуживания периферийных устройств возникают асинхронно, и обработка может занимать недетерминированное время, что затрудняет обработку сигналов в реальном времени.

Также существует задача начальной загрузки сигнального процессора с общей памятью программ и данных, решение которой применением микросхем энергонезависимой памяти не позволяет конечному пользователю удобно обновлять программу.

Выходом из ситуации служит применение дополнительных блоков в структуре системы, они могут быть построены на дополнительных микропроцессорах.

Такое решение позволяет существенно расширить возможности ввода-вывода, переложив все операции взаимодействия с периферией с сигнального процессора на дополнительный, обладающий развитой системой ввода-вывода, микропроцессор, который кроме задачи сбора информации может выполнять её предварительную обработку и представление в удобном виде для обработки на сигнальном процессоре.

Организацию обмена по каким-либо протоколам также может решать дополнительный процессор, например, стек протоколов TCP/IP.

Таким образом, применение разнородной микропроцессорной архитектуры освобождает дополнительное процессорное время сигнального процессора, тем самым способствует увеличению производительности системы цифровой обработки сигналов.