Олег Вальпа - Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++

• Название: Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++
• Автор: Олег Вальпа
• Издательство: Горячая линия — Телеком
• Жанр: Справочники
• Год: 2007
• ISBN: 5-93517-342-5

Книга предназначена для самостоятельного изучения и применения на практике цифровых сигнальных процессоров DSP (Digital Signal Processor). На примере популярной микросхемы ADSP2181 фирмы Analog Devices рассмотрены устройство, архитектура и технические характеристики цифрового сигнального процессора. Приведено описание вычислительных блоков процессора, средств разработки программного обеспечения, языка программирования и системы команд процессора. Разработанные автором книги практические схемы с применением сигнального процессора, исходные тексты программ и схемы вспомогательных устройств, полезных при отладке программ для процессора помогут получить необходимые практические навыки, с помощью которых читатель легко освоит другие типы сигнальных процессоров. На прилагаемом к книге диске находятся исходные тексты и исполняемые файлы программ, а так же некоторые полезные утилиты и средства разработки программного обеспечения для сигнальных процессоров.

Для специалистов в области разработки цифровой электронной аппаратуры, будет полезна студентам и аспирантам.

---

* Только для команд JUMP и CALL.

Таким образом, предыдущая запись означает, что команда сложения может быть записана в одном из следующих вариантов:

IF EQ AR=AX0+AY1;

IF EQ AR=AR+AY1+C;

IF EQ AF=AX0+AY1;

IF NE AF=AX0+AY1;

AR=AX0+AF;

и т.п.

Обратите внимание на то, что оператор IF с кодом условия заключен в квадратные скобки, т.е. является не обязательным в команде и может быть исключен из нее.

При изучении системы команд мы подробнее познакомимся с вычислительными блоками процессора и форматом представления данных при выполнении различных арифметических и логических операций над ними. Это позволит лучше понять, каким образом выполняются те или иные действия в процессоре, и избежать тем самым неправильного применения команд при написании программы.

Для завершения обзора команд сигнального процессора нам остается рассмотреть многофункциональные команды и команды, которые нельзя отнести к какой-либо конкретной группе в силу того, что они выполняют различные функции. Здесь они будут называться дополнительными командами.

Многофункциональные команды

В многофункциональных командах реализуются свойства параллелизма архитектуры процессоров ADSP2181. Благодаря чему становится возможным одновременное выполнение в одном цикле процессора пересылки данных, операций чтения/записи в память и вычислений.

Рассмотрим многофункциональную команду выполнения операций АЛУ и MAC с одновременным чтением операндов из памяти данных и памяти программ. Пример такой команды приведен ниже:

MR=MR+MX0*MY0(SS), MX0=DM(I3,M0), MY0=PM(I7,M4);

В первой части этой команды в регистр MR (регистр результата MAC), записывается сумма его предыдущего значения и произведения текущих значений входных регистров умножителя MX0 и MY0. Здесь оба слагаемых рассматриваются в знаковом формате.

Вторая и третья части данной многофункциональной команды осуществляют выбор двух новых операндов. Один операнд выбирается из памяти данных DM по адресу, указанному в индексном регистре I3, содержимое которого затем модифицируется с помощью значения регистра модификации M0. Второй операнд выбирается из памяти программы PM по адресу, указанному в регистре I7, содержимое которого затем модифицируется величиной, содержащейся в регистре модификации M4. Значения индексов берутся из регистров генераторов адреса данных. Любой индексный регистр I одного генератора адреса данных может использоваться в паре с любым регистром модификации M того же генератора адреса данных.

Поскольку считывание данных из регистров процессора производится в начале цикла, а запись в регистры - в конце цикла, операнды, находящиеся в регистрах MX0 и MY0 в начале командного цикла, перемножаются, а затем произведение добавляется к содержимому регистра результата умножителя MR. После окончания операции умножения операнды обновляются новыми значениями, которые были выбраны в конце того же командного цикла и становятся доступными для вычислений с ними в следующем цикле. Естественно, что одновременно с вычислением можно загрузить любой регистр данных, а не только регистры умножителя/накопителя, как в приведенном выше примере.

Рассмотренная команда является, пожалуй, самой распространенной в алгоритмах цифровой обработки сигналов операцией. Выполняется она следующим образом:

• осуществляется выбор двух операндов (например, коэффициента и данных);

• производится перемножение операндов и суммирование результата умножения с полученными до этого результатами.

Вычислительной частью данной многофункциональной команды может быть любая безусловно выполняемая команда АЛУ, за исключением деления, или любая команда умножителя, кроме насыщения. Имеются и некоторые другие исключения.

Например, следующий операнд X должен загружаться в регистр MX0 из памяти данных, а новый операнд Y должен загружаться в регистр MY0 из памяти программ (для команд данного уровня несущественно, из внутренней или из внешней памяти). Кроме того, результат вычисления должен записываться в регистр результата (MR или AR), ни в коем случае не в регистр обратной связи (MF или AF).

Теперь рассмотрим команды одновременного чтения из памяти данных и памяти программ. Эти команды представляют собой разновидность описанного выше вида многофункциональных команд. Их особенностью является отсутствие вычислений. Эти команды задают только одновременную выборку двух операндов. Пример такой команды приведен ниже:

AX0=DM(I2,M0), AY0=PM(I4,M6);

В данном примере в качестве регистров-приемников используются входные регистры АЛУ. Как и в предыдущем типе многофункциональных команд, здесь операнды X должны извлекаться из памяти данных, а операнды Y - из памяти программ (и в том и в другом случае из внешней или из внутренней памяти процессоров с внутренней памятью на кристалле).

Существуют многофункциональные команды выполнения вычислений с одновременным считыванием из памяти. Если, в отличие от описанных выше многофункциональных команд, вместо двойного считывания из памяти, команда задает выполнение только одной операции считывания из одного типа памяти, то одновременно с выборкой данных из памяти можно произвести различного рода вычисления. К числу таких разрешенных вычислений относятся все операции АЛУ, за исключением деления, все операции умножителя-накопителя MAC и все операции устройства сдвига, за исключением непосредственного сдвига SHIFT IMMEDIATE. Все вычисления должны быть безусловными. Пример многофункциональной команды такого типа приведен ниже:

AR=AX0+AY0, AX0=DM(I0,M3);

В этом примере в АЛУ выполняется операция сложения, в то время как из памяти данных выбирается один операнд. Этот тип многофункциональных команд имеет те же ограничения, что и предыдущий. Значение, хранящееся в регистре AX0 и используемое как исходное в ходе вычислений, представляет собой содержимое этого регистра в начале цикла. В конце цикла в результате операции считывания данных из памяти в регистр AX0 загружается новое значение. По этой же причине регистром назначения (в этом примере AR) не может быть регистр, указанный в качестве регистра назначения при считывании данных из памяти.

Следующий пример демонстрирует выполнение вычислений с одновременной записью данных в память. Команда вычисления с одновременной записью в память имеет ту же структуру, что и команда вычисления с одновременным считыванием из памяти. Однако порядок операторов в строке данной команды меняется на обратный. Сначала выполняется запись данных в память, а затем вычисление. Вот пример такой команды:

DM(I0,M0)=AR, AR=AX0+AY0;

В приведенном примере исходным значением для записи в память (значение, содержащееся в регистре AR) является значение, хранящееся в этом регистре в начале цикла. В результате произведенного вычисления в этот же регистр загружается новое значение, которое является содержимым регистра AR в конце цикла. При постановке операторов данной команды в обратном порядке, что является неразрешенным действием, ассемблер генерирует предупреждение, подразумевающее, что в память записывается результат вычисления, а не предыдущее значение регистра, которое должно было записываться в память. Использование при этом одного и того же регистра не является обязательным, хотя именно таким образом чаще всего организуется конвейер операндов для вычисления. Для вычислительных операций с помощью таких команд действуют те же ограничения, что и для команд, рассмотренных выше. Разрешенными являются все операции АЛУ, кроме деления, все операции умножителя-накопителя MAC и все операции устройства сдвига, кроме непосредственного сдвига. Вычисления должны быть безусловными.

Наконец, рассмотрим команды выполнения вычислений с одновременной пересылкой данных между регистрами. Многофункциональные команды этого последнего типа задают выполнение пересылки данных из одного регистра данных в другой с одновременным выполнением какой-либо вычислительной операции. Большинство ограничений, рассмотренных для предыдущих типов многофункциональных команд, справедливо и для этих команд. Пример такой команды:

AR=AX0+AY0, AX0=MR2;

В данном примере операция сложения в АЛУ производится одновременно с загрузкой в регистр AX0 нового значения, взятого из регистра MR2. Как и в предыдущих примерах, для вычисления используется значение, содержащееся в регистре AX0 в начале цикла. Данные могут между всеми регистрами ввода или вывода АЛУ, умножителя-накопителя MAC и устройства сдвига, за исключением регистров обратной связи (AF и MF) и регистра SB. В рассмотренном примере новое значение загружается в регистр AX0 из регистра данных в конце цикла. Разрешенными являются все операции АЛУ, кроме деления, все операции умножителя-накопителя и все операции устройства сдвига, кроме непосредственного сдвига. Вычисления должны быть безусловными.