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嵌入式系統(tǒng)技術(shù)的核心 DSP器件

作者: 時間:2016-12-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  嵌入式系統(tǒng)的目的是提供一個以多任務(wù)和網(wǎng)絡(luò)為信心,易于開發(fā)的復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)。從數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)的角度看,嵌入式系統(tǒng)已成為現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù),已成為現(xiàn)代工控領(lǐng)域的基本技術(shù)。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/332373.htm

  使用嵌入式系統(tǒng)技術(shù),不僅可以實(shí)現(xiàn)硬件和軟件的優(yōu)化集成,更主要的是提供了使用 “數(shù)字基因技術(shù)”的基本工具。從計(jì)算機(jī)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的角度看,嵌入式系統(tǒng)標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)化計(jì)算機(jī)時代的到來,標(biāo)志著計(jì)算機(jī)應(yīng)用進(jìn)入了“通用元素”化和 “數(shù)字基因”化發(fā)展的新階段,因此,嵌入式系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用具有里程碑的意義。

  本文將討論DSP內(nèi)核嵌入式系統(tǒng)或芯片的基本技術(shù)特征,以及這種嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)特點(diǎn)。

  以DSP為核心的嵌入式系統(tǒng)

  嵌入式系統(tǒng)實(shí)際上就是一個集成化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域還對嵌入式系統(tǒng)提出了網(wǎng)絡(luò)化功能,這就促使嵌入式系統(tǒng)向著更高的集成化方向發(fā)展。

  嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展,主要體現(xiàn)在芯片技術(shù)的進(jìn)步,以及芯片技術(shù)限制下的算法與軟件的進(jìn)步上。對于嵌入式系統(tǒng)來說,核心是具有數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)管理能力的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),因此,只要是以處理器系統(tǒng)為核心的器件,都可以形成嵌入式系統(tǒng)。這就是說,使用具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能的DSP器件也可以組成一個嵌入式系統(tǒng),并且可以充分發(fā)揮DSP器件在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢,改善嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時操作特性。

  所謂DSP嵌入式系統(tǒng),實(shí)際上就是把DSP系統(tǒng)嵌入到應(yīng)用電子系統(tǒng)中的一種通用系統(tǒng)。這種系統(tǒng)具有DSP系統(tǒng)的所有技術(shù)特征,同時還具有應(yīng)用目標(biāo)所需要的技術(shù)特征。DSP嵌入式系統(tǒng)不再是一個專用的DSP系統(tǒng),而是一個完整的、具有多任務(wù)和實(shí)時操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),以這個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基本,可以十分方便地開發(fā)出用戶所需要的應(yīng)用系統(tǒng)。

  DSP器件特點(diǎn)

  DSP器件是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器,其主要應(yīng)用是實(shí)時快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號算法處理。按數(shù)據(jù)格式劃分,DSP器件可以分為定點(diǎn)和浮點(diǎn)兩種。

  DSP芯片具有如下主要技術(shù)特性:

  1)硬件上采用多總線哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu),提高了數(shù)據(jù)的處理能力和速度。

  2)指令執(zhí)行采用流水作業(yè)(pipeline),具有較高的指令執(zhí)行速度。

  3)采用獨(dú)立的硬件乘法/加法器(MAC),極大地提高了數(shù)據(jù)處理速度。

  4)設(shè)置有循環(huán)尋址(Circular addressing)、位倒序(bit-reversed)等特殊指令,有處于實(shí)現(xiàn)高健壯性的實(shí)時系統(tǒng)。

  5)內(nèi)部具有獨(dú)立的DMA總線控制器,通過DSP器件中一組或多組獨(dú)立的DMA總線,可以實(shí)現(xiàn)程序執(zhí)行與數(shù)據(jù)傳輸并行工作。目前,在不影響CPU工作的條件下,片內(nèi)DMA速度已達(dá)1600Mbyte/s以上。

  6)提供了多處理器接口,可以十分方便地實(shí)現(xiàn)多個處理器并行或串行工作,不僅可以提高數(shù)據(jù)處理速度,還為使用嵌入式子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大型和復(fù)雜嵌入式系統(tǒng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

  7)提供了JTAG(Joint Test Action Group)標(biāo)準(zhǔn)測試接口(IEEE 1149標(biāo)準(zhǔn)接口),便于DSP作片上的在仿真和多DSP條件下的調(diào)試。

  由于DSP器件的上述技術(shù)特性,使得以DSP器件為核心的DSP系統(tǒng)具有如下幾個主要技術(shù)特點(diǎn):

  1)數(shù)據(jù)處理速度快,具有良好的可編程實(shí)時特性。

  2)硬件軟件接口方便,可以十分方便地與其它數(shù)字系統(tǒng)或設(shè)備相互兼容。

  3)開發(fā)方便,可以靈活地通過軟件對系統(tǒng)的特性和應(yīng)用目標(biāo)進(jìn)行修改和升級。

  4)具有良好的系統(tǒng)健壯性,受環(huán)境溫度以及噪聲的影響較小、可靠性高。

  5)易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成或使用SOC技術(shù),可以提供高度的規(guī)范性。

  以DSP器件為核心的嵌入式系統(tǒng)基本硬件結(jié)構(gòu)

  網(wǎng)絡(luò)通信接口不僅提供了DSP嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信硬支持,同時也提供了通過網(wǎng)絡(luò)開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的技術(shù)條件。在DSP嵌入式系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)接口具有十分重要的作用,同時由于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,要求嵌入式系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)接口必須能滿足不同開發(fā)系統(tǒng)的要求,因此除了包含 IEEE1394-2(USB火線)外,還應(yīng)當(dāng)包含有傳統(tǒng)的RS232和IEEE488接口,以及以太網(wǎng)接口和相應(yīng)的TCP/IP協(xié)議。

  從圖1可以看出,如果不考慮用戶應(yīng)用電路,則DSP嵌入式系統(tǒng)就可以形成一個獨(dú)立的通用高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),這個高速數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不僅具有數(shù)據(jù)處理、可編程開發(fā)和多DSP并行應(yīng)用的特點(diǎn),還具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能,可以完全滿足信息網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求。

  如果DSP嵌入式系統(tǒng)的資源不能滿足系統(tǒng)要求時,可以采用附加DSP系統(tǒng)或增加一個完整的DSP嵌入式系統(tǒng)的方法加以解決,而不需要從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行大的改動。

  DSP嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用特性

  DSP嵌入式系統(tǒng)最重要的技術(shù)特性就是具有相當(dāng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能,從現(xiàn)代信息技術(shù)角度看,在系統(tǒng)中嵌入DSP的目的,就是為了增強(qiáng)系統(tǒng)的信息處理能力。因此,DSP嵌入式系統(tǒng)與微處理器嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用特性上有很大的不同。

  并行操作

  為了提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息處理能力,DSP嵌入式系統(tǒng)可提供許多重要的數(shù)據(jù)處理算法,其中一個重要的內(nèi)容就是并行算法。這里的并行算法包含軟件和硬件兩個方面的概念。從軟件的角度看,在使用微處理器的嵌入式系統(tǒng)中,并行算法的實(shí)現(xiàn)往往比較復(fù)雜,而對于DSP嵌入式系統(tǒng),由于系統(tǒng)中DSP器件中采用的哈佛結(jié)構(gòu)、浮點(diǎn)運(yùn)算以及并行乘加運(yùn)算,所以可比較容易地實(shí)現(xiàn)并行算法和一些并行系統(tǒng)操作的軟件編程。從硬件角度看,DSP器件的多總線結(jié)構(gòu)和片同DMA電路與局部總線,為并行算法與并行操作提供了硬件支持。

  直接終端操作

  使用嵌入式系統(tǒng)的一個重要目的,就是要用簡單的方法和技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的系統(tǒng)。憑借DSP強(qiáng)大的數(shù)據(jù)和信息處理功能,使其具有直接處理終端信號和信息的能力,因此,在DSP嵌入式系統(tǒng)中,可以實(shí)現(xiàn)終端的直接操作。例如在圖2中,可以直接利用DSP系統(tǒng)處理某個PLC測量的模擬信號,或者直接處理一組PLC采集的邏輯信號所攜帶的控制信息。這樣就能大大降低對PLC的要求,即充分利用DSP嵌入式系統(tǒng)資源,提高系統(tǒng)的性能和技術(shù)指標(biāo),又可以降低系統(tǒng)的整體成本。

  數(shù)據(jù)流量大

  由于采用高度集成,在簡化終端電路復(fù)雜程度的同時,也帶來了數(shù)據(jù)流量大的問題,例如,如果對一個終端需要進(jìn)行比較復(fù)雜的濾波、信息提取和識別,終端設(shè)備只起到數(shù)據(jù)采集的作用就可以了,這時的數(shù)據(jù)流量將會遠(yuǎn)大于僅完成設(shè)置和傳遞系統(tǒng)操作命令所需要的數(shù)據(jù)流量。如果系統(tǒng)中有幾個這樣的終端,則會使數(shù)據(jù)處理流量遠(yuǎn)大于DPS系統(tǒng)所具有的處理能力。因此,一般采用DSP嵌入式系統(tǒng),必須注意不要增加數(shù)據(jù)流量,而是充分利用DSP的數(shù)據(jù)處理能力,強(qiáng)化系統(tǒng)的管理、操作以及遠(yuǎn)程通信功能。此外,還可以使用廉價的DSP器件形成低價位的DSP嵌入式系統(tǒng),使信息處理成為網(wǎng)絡(luò)終端的基本功能,從而形成具有信息處理能力的嵌入式系統(tǒng)單元,再利用這些智能單元組成復(fù)雜的智能網(wǎng)絡(luò)。

  結(jié)束語

  嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)與SOC技術(shù)融合在一起,成為新一代信息技術(shù)的基礎(chǔ)。嵌入式系統(tǒng)中可以采用微處理器、單片機(jī)或DSP,其中DSP嵌入式系統(tǒng)不僅具有其他微處理器和單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)特性,而且還可使用并行算法操作,具有高速數(shù)字信號處理的能力,為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時性提供了有力的支持。

  與傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)(即單板機(jī)、PC機(jī)等)相比較,嵌入式系統(tǒng)更有利于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和智能系統(tǒng)應(yīng)用,由于嵌入式系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī),因此使得嵌入式系統(tǒng)幾乎可以用于任何一種數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用場合。嵌入式系統(tǒng),特別是DSP單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重要支柱。



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