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一“芯”二用,MCU+DSP處理器大盤點

作者: 時間:2016-12-21 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  近年來,越來越多的領(lǐng)域需要用到高性能,高集成度的DSP器件,功能日益增加的多媒體處理器對DSP的需求也日益劇增,于是,基于P架構(gòu)的集成芯片也隨之應(yīng)運而生,更低的成本、更小的封裝和更微的功耗所開辟的,是一條屬于DSP或者MCU廠商們的“陽光大道“而未來,它們還將沿著這條新路繼續(xù)前行。本系列文章將為你介紹市面上比較流行的基于P架構(gòu)的處理器或者解決方案。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201612/332400.htm

  飛思卡爾DSP56800E

  飛思卡爾在DSP與MCU領(lǐng)域深耕數(shù)年,為滿足市場發(fā)展需求,公司率先在56800內(nèi)核基礎(chǔ)上又推出了新一代增強型內(nèi)核56800E,該產(chǎn)品可在單一內(nèi)核上提供DSP和MCU雙重功能。56800E 系列DSP將為不斷增長的工業(yè)、電機控制、汽車和融合中的通信與數(shù)據(jù)通信市場應(yīng)用提供低功耗、低成本的單芯片方案。由于這種單內(nèi)核設(shè)計消耗更少的功耗,飛思卡爾啟動了大量新的、以電池供電、需要信號處理功能的便攜式應(yīng)用,如便攜式數(shù)字音頻、互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和PDA等。

DSP56800E相關(guān)資料推薦:


1.MC56F8335:基于56800E內(nèi)核的數(shù)字信號控制器

2.基于56800E數(shù)字信號處理霍爾傳感器的三相BLDC電機控制

  簡介

  與56800相比,56800E性能最高可改善5倍,為需要更多存儲空間、更高代碼編譯效率和更高的MIPS性能的客戶提供了清晰的產(chǎn)品移植路徑。DSP56800E 由幾個功能獨立的模塊組成。包括:數(shù)據(jù)算術(shù)邏輯單元(ALU),地址生成單元(AGU),程序控制器,位操作單元,強化的片上仿真模塊(Enhanced OnCE)和系統(tǒng)總線。如圖所示。

  靈活的內(nèi)存模式是DSP56800E 結(jié)構(gòu)的一大特色,包括下面的幾個方面:

  程序RAM 和ROM 模塊

  數(shù)據(jù)RAM 和ROM 模塊

  非易失內(nèi)存(NVM)模塊

  引導(dǎo)ROM,自舉RAM 區(qū)執(zhí)行代碼的模塊

  Freescale 的標(biāo)準(zhǔn)片上外圍接口總線(IP-BUS)支持多種的片上外設(shè)模塊,包括下面幾個模塊:

  鎖相環(huán)(PLL)模塊

  16 位定時器模塊

  看門狗(COP)模塊和實時定時模塊

  同步串行接口(SSI)模塊

  串行外設(shè)接口(SPI)模塊

  可編程的通用I/O 口(GPIO)模塊

  特性

  DSP56800E 結(jié)構(gòu)具有一系列新的特點,用于提高系統(tǒng)性能,降低應(yīng)用成本,簡化產(chǎn)品開發(fā)。包括以下各個方面。

  高性能:DSP56800E 支持很多的DSC應(yīng)用場合。

  兼容性:向下兼容DSP56800 系列的源代碼,DSP56800 只需要重新編譯或者重新匯編就可以在DSP56800E 系統(tǒng)上執(zhí)行。

  易編程性:DSP56800E 的指令助記符類似于MCU 的指令助記符,易于從傳統(tǒng)的微控制器編程轉(zhuǎn)到DSC 編程。為了優(yōu)化算法的執(zhí)行,DSP56800E 的指令集支持小數(shù)和整數(shù)類型。

  對高級語言的支持:C 語言編寫的程序非常合適DSP56800E 結(jié)構(gòu),大部分的應(yīng)用可以使用高級語言編寫卻不會影響DSC 的性能,靈活的指令集和編程模式使得編譯代碼的高效生成變?yōu)榭赡堋?/p>

  豐富的指令集:除了支持DSC 算法的指令集,DSP56800E 還提供控制、位操作和整型處理等指令,支持多種數(shù)據(jù)類型和尋址模式。使得用戶方便地生成高效、緊湊的代碼。

  高代碼密度:DSP56800E 基本的單字指令長度僅為16 位,而多字指令則用于更復(fù)雜的操作,達到優(yōu)化的代碼密度目的。DSP56800E 指令集強調(diào)的是高效控制的編程,因為在一個應(yīng)用中最大的部分是這方面的操作。

  支持多任務(wù):在DSP56800E 上執(zhí)行一個實時操作系統(tǒng)或者簡單的多任務(wù)系統(tǒng)將比其他的DSC 芯片更容易。DSP56800E 完全支持軟件堆棧,快速的從系統(tǒng)堆棧中實現(xiàn)32 位上下文切換,基本的測試和設(shè)置指令,四優(yōu)先級的軟件中斷。

  精確性:DSP56800E 具有精確計算的能力。

  硬件循環(huán):DSP56800E 提供2 種類型大于0 的硬件循環(huán)。提高了性能,使得不再需要使用解開式循環(huán)技術(shù)。

  并行性:每個片上執(zhí)行單元,內(nèi)存設(shè)備,外圍操作是獨立并行處理的。由于很高的并行性,下面的操作能在1 條指令內(nèi)被并行執(zhí)行:

  —取下條指令

  —16 位乘16 位,并將結(jié)果和一個36 位數(shù)累加

  —可選擇性進行結(jié)果取反、四舍五入以及飽和度處理

  —2 個16 位數(shù)的移動

  —無負荷的硬件循環(huán)

  —2 個地址指針的更新

  不可見的指令管道(pipeline):八級指令管道提高了系統(tǒng)的性能,卻保持對編程者的不可見。開發(fā)者可以使用高級語言而不需要考慮到管道。

  低功耗:由于使用的是CMOS 工藝,DSP56800E 本身消耗的能量是很少的, 而且DSP56800E 支持兩種更加省電模式,STOP 和WAIT 模式。電源管理模塊能關(guān)閉那些邏輯上不使用的部分

  實時調(diào)試:Freescale 的加強型片上仿真技術(shù)提供了對DSP56800E 內(nèi)核的狀態(tài)實現(xiàn)了簡單、低價、非入侵、速度無關(guān)的存取方式。通過使用這一技術(shù),在不停止內(nèi)核的運行情況下,編程者能完全的控制處理器的操作,能簡單、高速的完成調(diào)試任務(wù)。

  DSP56800E 的高效指令集和總線結(jié)構(gòu),擴展的并行性,片上編程和數(shù)據(jù)內(nèi)存,先進的調(diào)試和測試功能使得內(nèi)核能很好地解決實時性問題、嵌入式DSC 和控制任務(wù)。

  內(nèi)核編程模式

  DSP56800E 的內(nèi)核寄存器被認為是內(nèi)核編程模式的一部分。如圖2-1 所示。片上模塊的寄存器被映射到數(shù)據(jù)存儲器的64 個單元上,注意,這64 個單元在特定的設(shè)備上可以位于數(shù)據(jù)存儲器的任何位置。使用內(nèi)存塊的實例如表2-1 所示??梢詤⒖继囟ㄆ骷挠脩羰謨缘玫狡淠K的細節(jié)描述,包括它們的功能,存儲區(qū)的寄存器及其映射到內(nèi)存的位置。


  雙哈佛存儲器

  DSP56800E 具有程序存儲區(qū)與數(shù)據(jù)存儲區(qū)分開的雙哈佛結(jié)構(gòu),如圖2-2 所示。這種結(jié)構(gòu)允許同時進行對程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)的讀寫操作,而且數(shù)據(jù)存儲器支持同時2個地址的讀操作,支持最多達3個地址單元的存儲器操作。

  在程序存儲器中,包含了可以任意大小和放在任意位置的復(fù)位中斷向量。外設(shè)寄存器被映射到數(shù)據(jù)存儲器的64個字的地址單元。

  外設(shè)寄存器的64個字的地址單元原則上可以被重映射到任意地址。為了不重疊RAM 和ROM 數(shù)據(jù)存儲塊,64 個字單元的地址通常被特別設(shè)定,X:《《pp 尋址模式提供了針對64 個單元的高效訪問,提供了單字,單周期轉(zhuǎn)移和位操作指令。

  注意在64 個單元的最上面12 個單元被DSP56800E 內(nèi)核保留使用,用于中斷優(yōu)先級,總線控制寄存器。

  DSC實例

  DSC 是一種能對周期性地采樣和數(shù)字化的實時信號進行算術(shù)的處理器,DSC 實例都包含以下幾個方面:

  濾波

  卷積(混合兩個信號)

  相關(guān)(比較兩個信號)

  整流,放大和傳輸

  圖1-3 是1 個模擬信號處理的例子。圖中的電路過濾了來自的傳感器的信號,傳感器信號采集電路使用了1 個可調(diào)節(jié)的放大器,并利用該結(jié)果控制1 個動力臂。理想的濾波器是無法設(shè)計出來的,工程師設(shè)計濾波器時必須盡量滿足:可接受的響應(yīng)性,不同溫度的變化,元器件老化,電源波動和元器件的精度等因素。按照這樣要求設(shè)計出來的電路一般具有很低的抗干擾性,需要經(jīng)常調(diào)整參數(shù)且難于修改。

  

  使用 DSC 的等效電路如圖1-4 所示。這個應(yīng)用除了DSC 之外,還要求1 個A/D 轉(zhuǎn)化器和D/A 轉(zhuǎn)化器。

  

  上圖的處理電路首先通過 1 個濾波器限制輸入信號的波段,將去除了超過波段的干擾信號。然后信號被取樣,通過AD 轉(zhuǎn)換器數(shù)字化并送入DSC 進行數(shù)字化處理。DSC的輸出通過DA 轉(zhuǎn)化成模擬信號并通過低通過濾,消除數(shù)字化的影響。

  通過DSC 執(zhí)行的特定的濾波嚴(yán)格來說是個軟件的過程。DSC 能執(zhí)行任何使用模擬技術(shù)實現(xiàn)的濾波器。而且,使用模擬技術(shù)很難實現(xiàn)的自適應(yīng)性過濾,能很容易的通過DSC 實現(xiàn)。

  總之,使用DSC 的優(yōu)勢如下:

  更少的元件

  穩(wěn)定,確定的性能

  無需調(diào)整濾波系數(shù)

  廣泛的應(yīng)用范圍

  更加鮮明的過濾特點

  抗噪聲能力強

  易實現(xiàn)自適應(yīng)性過濾

  具有自測試功能

  較好的電源干擾抵制機制

  DSP56800E 系列不是為了一個特定的應(yīng)用專門定制的IC 芯片,而是作為一種通用目的的DSC 結(jié)構(gòu),用于高效的執(zhí)行普通DSC 算法和控制代碼。

  如圖1-5 所示,DSC 關(guān)鍵的屬性如下:

  乘法累加(MAC)操作

  MAC 的每個指令周期取2 條操作數(shù)

  強大的指令集保證了執(zhí)行的靈活性

  移入/出DSC 數(shù)據(jù)

  

  MAC 操作是一個在DSC 中的基本操作,DSC56800E 雙哈佛結(jié)構(gòu)優(yōu)化了MAC 操作,通過同時對兩個獨立的數(shù)據(jù)單元存取使得乘法操作和加法操作在一個MAC 時鐘周期內(nèi)完成。整個過程必須在程序的控制下才能完成從乘法器的取數(shù)和對計算結(jié)果的轉(zhuǎn)存。由于內(nèi)存和MAC 是互相獨立的,DSC 能在一條指令內(nèi)執(zhí)行兩個內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換,一個乘法和加法運算,兩個地址的更新等操作,使得很多DSC 級的處理器能更加高效的執(zhí)行乘法運算。



關(guān)鍵詞: MCU+DS

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