К1967ВЦ2ФК. Specification. URL: http://milandr.ru/uploads/Products/ product_294/spec_1967VC2.pdf. (In Russian).].
4. Мякочин Ю. О. 32-разрядный суперскалярный DSP-процессор с плавающей точкой // Компоненты и технологии. — 2013. — № 7. [Mja-kochin Ju. O. 32-bit superscalar DSP-processor with floating point. // Com-
ponents and technologies. — 2013. — № 7. (In Russian).].
5. ГОСТ Р 51623-2000. Конструкции базовые несущие радиоэлектронных средств. Система построения и координационные размеры. [GOST R 51623—2000. Basic bearing structures of radio-electronic devices. Building system and coordinating dimensions. (In Russian).].
6. Букварев Е. А., Букварева Т. В, Кузин А. А. Конструктивное исполнение интегрированного модуля цифровой обработки сигналов // Датчики и системы. — 2014. — № 11. — С. 23—27. [Bukvarev E. A., Bukvare-va T. V., Kuzin A. A. Embodiment of integrated module of digital systems processing // Sensors and systems. — 2014. — № 11. — P. 23—27. (In Russian).].
УДК 681.32.65.011.46:001.37
ВЫБОР ПРОЦЕССОРА ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ* THE CHOICE OF DIGITAL SIGNAL PROCESSOR
Кузин Алексей Александрович
вед. электроник
E-mail: kuzin_alex@nntu.nnov.ru
Кузин Андрей Алексеевич
канд. техн. наук, доцент кафедры E-mail: cjanalog@inbox.ru
Ястребов Андрей Викторович
аспирант
E-mail: a.v.yastrebov@mail.ru
Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева, Нижний Новгород
Аннотация: Рассмотрены характеристики современных и перспективных процессоров цифровой обработки сигналов ведущих российских производителей. Приведено краткое описание отличительных особенностей процессоров и результаты сравнительного тестирования отечественного высокопроизводительного сигнального процессора и его аналога ADSP-TS201S TigerSHARC.
Ключевые слова: цифровая обработка сигналов, перспективные сигнальные отечественные процессоры, сравнение производительности сигнальных процессоров.
Kuzin Alexey A.
Senior Electronic Engineer E-mail: kuzin_alex@nntu.nnov.ru
Kuzin Andrey A.
Ph. D. (Tech.), Associate Professor E-mail: cjanalog@inbox.ru
Yastrebov Andrey V.
Postgraduate
E-mail: a.v.yastrebov@mail.ru
Nizhny Novgorod State Technical University n. a. R. E. Alekseev, Nizhny Novgorod
Abstract: The paper discusses special characteristics of modern and advanced digital signal processors of the leading Russian manufacturers. A brief description of the different features of processors lists. The results of comparative testing between the domestic high-performance signal processor ВПЦОС and ADSP-TS201S TigerSHARC are presented.
Keywords: digital signal processing, perspective domestic signaling processors, comparison of signal processors.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время производители микроэлектронных компонент в России осуществляют выпуск сигнальных процессоров цифровой обработки сигналов (ПЦОС, DSP) и микроконтроллеров,
* Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках договора № 02.G25.31.0061 от 12 февраля 2013 года (в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 218).
не уступающих, а даже превосходящих по некоторым параметрам зарубежные аналоги.
Отличительной чертой для задач цифровой обработки сигналов является поточный характер обработки больших объемов данных в реальном масштабе времени, требующий от технических средств высокой производительности и возможности интенсивного обмена с внешними устройствами. Это достигается благодаря специфической
архитектуре высокопроизводительных процессоров ЦОС (ВПЦОС), называемой базовой архитектурой.
Базовая архитектура ПЦОС — это совокупность характерных особенностей процессора, направленная на повышение его производительности и отличающая ПЦОС от микросхем других типов. Она обусловлена:
— применением модифицированной гарвардской архитектуры;
— использованием конвейерного режима работы;
— наличием специальных команд для цифровой обработки сигналов;
— реализацией короткого командного цикла.
В табл. 1 перечислены новейшие современные
и перспективные ПЦОС ведущих отечественных разработчиков и основные характеристики их производительности (миллионы умножений чисел с плавающей точкой в секунду).
ОБЗОР ХАРАКТЕРИСТИК ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОРОВ ЦОС
Решающую роль при выборе процессора играет его производительность. По этому параметру лидирует трехъядерная "система на кристалле" сигнального процессора 1892ВМ10Я платформы "МУЛЬТИКОР" разработки ОАО НПЦ "ЭЛВИС". Процессор 1892ВМ10Я обеспечивает соотношение "мощность потребления ядра/производительность" менее 0,4 мВт/MFLOP при максимальной частоте работы микросхемы (250 МГц, 4 GFLOP) в диапазоне температур от —60 до +85 °С [1].
Архитектура микропроцессора MIMD-типа на базе ядер из библиотеки платформы "МУЛЬТИКОР" состоит из процессорного СРи-ядра с архитектурой М1Р832 и программируемого ядра
сигнального процессора (двухпроцессорного кластера ПЦОС) с плавающей и фиксированной точкой, дополненная многоканальным коррелятором для ГЛОНАСС/GPS навигации.
CPU- и DSP-ядра имеют возможность независимого доступа к ресурсам микросхемы. DSP-яд-ра имеют доступ ко всему адресному пространству микросхемы, в том числе к регистрам каналов прямого доступа к памяти (ПДП, DMA) и периферийных блоков. При одновременном доступе к одним и тем же ресурсам приоритет предоставляется ядру CPU.
Применение в структуре процессора двухпортовых оперативных запоминающих устройств (ОЗУ) обеспечивает их одновременное использование парами CPU/DSP, CPU/DMA или DSP/DMA. Поэтому параметры реальной производительности устройств процессора близки к пиковым, так как ввод и вывод данных и промежуточных результатов процессорных ядер возможен одновременно с основными вычислениями.
Ядро CPU имеет 32/64-разрядный акселератор, обеспечивающий выполнение операций сложения, умножения и деления с одинарной и двойной точностью в формате с плавающей точкой. Микросхема содержит устройство управления памятью на основе полностью ассоциативного буфера преобразования адресов объемом 16 двойных ячеек, кэш команд объемом 16 Кбайт, кэш данных объемом 16 Кбайт.
При работе на частоте 250 МГц CPU обеспечивает следующие параметры производительности на известных тестовых задачах:
— Whetstone (FPU) - 157,1 MIPS;
— Dhrystone (ALU) — 475059 итераций в секунду;
— Linpack (FPU) — 2,5 MFLOPS.
Таблица 1
Современные российские ПЦОС
Параметр Цифровой сигнальный процессор
ВПЦОС 1892ВМ10Я 1892ВМ5Я 1892ВМ15Ф* 1879ВМ5Я
Тактовая частота ядра ПЦОС, МГц 450 250 100 140 320
Пиковая теоретическая производительность, млн оп./с 3000 4000 1200 2240 900
(6400 для БПФ)
Разрядность шины данных, бит 64 32 32 64 64
Объем внутренней памяти, Мбит 24 4 0,1 3 4
Число АЛУ, шт. 2 3 3 3 2
Число коммуникационных портов и скорость обмена, 4 (1000) 4 (600) 4 (600) 4 (600) 2 (160)
шт. (Мб/с)
* - перспективная разработка.
DSP-кластер имеет ряд новых возможностей. Среди них: набор графических команд, аппаратный ускоритель кодера Хаффмана, возможность отработки DSP-ядрами внешних прерываний, возможность доступа DSP-ядер к внешнему адресному пространству, гибкая граница программной памяти кластера DSP, прерывания от исключительных ситуаций при операциях с числами с плавающей запятой.
К недостаткам использования данной микросхемы для создания систем ЦОС с многоканальным потоком информации можно отнести малый объем встроенной внутренней высокоскоростной памяти процессора (4 Мбит) в сравнении с 24 Мбитами статической RAM памяти близкого по производительности 32-разрядного сигнального процессора ВПЦОС (1967ВЦ2Ф) [2, 3]. Теоретическая пиковая производительность процессора ВПЦОС меньше, чем пиковая производительности процессора 1892ВМ10Я на 25 %, что позволяет считать эти микросхемы близкими с точки зрения вычислительной мощности. Для потоковых приложений ЦОС гетерогенная архитектура ПЦОС 1892ВМ10Я является не преимуществом, а препятствием в силу усложнения разработки эффективного программного обеспечения при взаимодействии ядер CPU и двух DSP.
Сигнальный процессор 1892ВМ5Я спроектирован как однокристальная трехпроцессорная "система на кристалле" на базе IP-ядерной платформы "МУЛЬТИКОР" и является процессором предыдущего поколения, уступающим в производительности и другим параметрам ПЦОС 1892ВМ10Я в несколько раз [4, 5].
Микросхема 1892ВМ15Ф может использоваться как устойчивый к воздействию специальных факторов сигнальный высокопроизводительный микропроцессор для бортовых применений различного назначения [5]. Процессор 1892ВМ15Ф изготовлен полностью на территории РФ. Технология изготовления: 180 нм, на базе КМОП, разработка ОАО "НИИМЭ и Микрон". Микросхема содержит два DSP-ядра с пиковой производительностью до 2240 MFLOP (в формате плавающей точки 24e8), технология проектирования: на базе радиационно-стойких (по типу "Rad-Tolerant") библиотек MK180RT разработки ОАО НПЦ "ЭЛВИС" и его партнеров и IP-библиотек платформы "МУЛЬТИКОР". Кроме этого, в микросхему включен аппаратный ускоритель для про-
цедуры БПФ производительностью 6,4 GFLOP и возможностью прямого программного задания размера одномерных и двумерных БПФ до 8192 точек в одномерном режиме и до 256 тысяч точек в режиме матричного наращивания. Дополнительные функции акселератора: обратное БПФ, нормировка результатов (деление на количество отсчетов) при обратном преобразовании, фазовые повороты результатов преобразования, расчет энергий результатов преобразования, поэлементное (сопряженное) перемножение двух комплексных массивов.
В качестве недостатков в случае широкого применения данной микросхемы можно отметить малый объем внутренней высокоскоростной памяти процессора (3 Мбит), а также то, что микросхема относится к перспективным разработкам, т. е. находится в стадии отладки и доводки.
Процессор 1879ВМ5Я — высокопроизводительный микропроцессор ЦОС с векторно-кон-вейерной VLIW/SIMD архитектурой на базе запатентованного 64-разрядного процессорного ядра NeuroMatrix (ЗАО НТЦ "Модуль") уступает всем вышеперечисленным в производительности и имеет следующие ха
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.