СОДЕРЖАНИЕ

Введение....................................................................................................................................1
Глава 1. Методы я алгоритмы цифровой обработки сигналов....................................................5
1.1. Обобщенная схема цифровой обработки аналоговых сигналов...........................................5
1.2. Основные направления, задачи и алгоритмы ЦОС............................................................10
1.2.1. Фильтрация.....................................................................................................................11
1.2.2. Преобразование Гильберта.............................................................................................13
1.2.3. Дифференциатор............................................................................................................15
1.3. Цифровой спектральный анализ.......................................................................................16
1.3.1. Быстрое преобразование Фурье......................................................................................18
1.3.2. Дискретное преобразование Хартли (ДПХ)....................................................................20
1.3.3. Дискретное косинусное преобразование........................................................................21
1.4. Нелинейная обработка......................................................................................................24
1.4.1. Вычисление квадратного корня......................................................................................24
1.4.2. Вычисление функции cos(w)..........................................................................................25
1.4.3. Вычисление полиномов..................................................................................................25
1.4.5. Векторное квантование..................................................................................................29
1.5. Адаптивная фильтрация....................................................................................................32
1.5.1. Адаптивные фильтры.....................................................................................................32
1.5.2. Линейное предсказание..................................................................................................34
1.6. Способы реализации алгоритмов ЦОС............................................................................. 39
1.6.1. Реальное время...............................................................................................................40
1.6.2. Аппаратная реализация..................................................................................................42
1.6.3. Программная реализация................................................................................................45
1.6.4. Аппаратно-программная реализация..............................................................................47
17. Особенности ЦОС, влияющие на элементную базу...........................................................48
1.7.1. Характеристика особенностей ЦОС...............................................................................48
1.7.2. Основные свойства ЦПОС.............................................................................................52
Глава 2. Архитектура цифровых процессоров обработки сигналов..........................................55
2.1. Реализация цифровой обработки сигналов.......................................................................55
2.2. Общие принципы построения ЦПОС и особенности их архитектуры...............................57
2.2.1. Архитектура фон Неймана и гарвардская архитектура....................................................58
2.2.2. Структура процессора ЦПОС.........................................................................................60
2.2.3. Конвейерное выполнение команд..................................................................................62
2.2.4. Аппаратная реализация программных функций.
Параллельная работа различных функциональных узлов.........................................................67
2.2.5. Использование нескольких АЛУ....................................................................................71
2.2.6. Регистровые файлы........................................................................................................73
2.2.7. Специальные методы адресации.....................................................................................74
2.2.8. Комбинированные и специализированные команды......................................................76
2.2.9. Разнообразные устройства ввода/вывода и периферии..................................................78
2.3. ЦПОС с фиксированной и плавающей точкой..................................................................79
2.4. Основные типы ЦПОС......................................................................................................80
2.4.1. Стандартные процессоры ЦПОС (Conventional DSP)......................................................81
2.4.2. Улучшенные стандартные процессоры ЦПОС (Enhanced-Conventional DSP) .................86
2.4.3. Процессоры ЦПОС с архитектурой VLIW......................................................................93
2.4.4. Суперскалярные процессоры..........................................................................................99
2.4.5. Гибридные процессоры.................................................................................................102
2.5. Влияние архитектуры на возможности процессора..........................................................105
2.6. Организация памяти ЦПОС.............................................................................................106
2.6.1. Доступ к блокам памяти. Блоки памяти........................................................................106
2.6.2. Внешняя память............................................................................................................111
2.6.3. Кэш...............................................................................................................................113
2.6.4. Защита содержимого памяти.........................................................................................114
Глава 3. Данные.....................................................................................................................115
3.1. Представление данных в алгоритме.................................................................................115
3.2. Представление данных в программе................................................................................116
3.3. Представление данных в ЦПОС .....................................................................................117
3.4. Двоичная система счисления...........................................................................................117
3.5. Форматы данных..............................................................................................................119
3.6. Формы представления данных.........................................................................................121
3.7. Представление данных с фиксированной точкой.............................................................122
3.7.1. Структура двойного и расширенного слова при представлении чисел с ФТ ................123
3.7.2. Представление целых чисел..........................................................................................124
3.7.3. Представление вещественных чисел.............................................................................126
3.7.4. Шестнадцатеричный эквивалент представления данных..............................................129
3.7.5. Целочисленная и дробная арифметики.........................................................................129
3.7.6. Коды чисел...................................................................................................................131
3.7.7. Представление данных при целочисленной арифметике..............................................140
3.7.8. Представление данных при дробной арифметике.........................................................142
3.7.9. Арифметические операции в дополнительном коде.....................................................143
3.7.10. Преобразование форматов в ЦПОС с фиксированной точкой....................................152
3.7.11. Диапазон, динамический диапазон и точность представления
чисел с фиксированной точкой..............................................................................................156
3.7.12. Увеличение динамического диапазона и точности представления
данных в ЦПОС с фиксированной точкой.............................................................................159
3.7.13. Упакованные данные..................................................................................................160
3.8. Представление данных с плавающей точкой...................................................................160
3.8.1. Стандарт IEEЕ 754 представления данных с плавающей точкой..................................161
3.8.2. Форма представления данных с плавающей точкой......................................................162
3.8.3. Форматы данных с плавающей точкой..........................................................................163
3.8.4. Преобразование форматов в ЦПОС с плавающей точкой.............................................165
3.8.5. Нормализованные числа...............................................................................................166
3.8.6. Специальне данные......................................................................................................167
3.8.7. Арифметические операции над данными с плавающей точкой.....................................169
3.8.8. Диапазон, динамический диапазон и точность представления
чисел с плавающей точкой ....................................................................................................170
3.9. Сравнение ЦПОС с фиксированной и плавающей точками.............................................171
3.10. Организация обработки данных с плавающей точкой в ЦПОС с ФТ............................ 171
Глава 4. Операции над данными............................................................................................175
4.1, Операции над данными в ЦПОС с фиксированной точкой.............................................175
4.1.1. Умножители и устройства MAC...................................................................................175
4.1.2. Арифметико-логические устройства.............................................................................176
4.1.3. Аккумуляторы...............................................................................................................176
4.1.4. Сдвигатели...................................................................................................................177
4.1.5. Ограничители...............................................................................................................184
4.1.6. Переполнение в аккумуляторе......................................................................................184
4.1.7. Округление результатов................................................................................................187
4.2. Операции над данными в ЦПОС с плавающей точкой....................................................189
4.2.1. Умножители..................................................................................................................189
4.2.2. Арифметико-логические устройства.............................................................................190
4.2.3. Сдвигатели....................................................................................................................190
4.2.4. Округление данных с плавающей точкой......................................................................191
4.2.5. Особые случаи при обработке данных с плавающей точкой.........................................192
Глава 5. Адресация.................................................................................................................195
5.1. Прямая адресация............................................................................................................197
5.1.1. Прямое указание адресов..............................................................................................197
5.1.2. Прямое указание источников и приемников.................................................................203
5.1.3. Прямая адресация переходов.........................................................................................206
5.2- Косвенная адресация.......................................................................................................207
5.2.1. Модификация адреса....................................................................................................211
5.2.2. Типы арифметики.........................................................................................................221
5.2.3. Циклическая адресация.................................................................................................222
5.2.4. Бит-реверсивная адресация...........................................................................................229
5.2.5. Косвенная адресация переходов....................................................................................233
5.3, Непосредственная адресация...........................................................................................233
Глава 6. Система команд........................................................................................................235
6.1. Форматы команд..............................................................................................................236
6.2. Структура слова команды................................................................................................237
6.2.1. Структура слова команды в процессорах со стандартной архитектурой ......................238
6.2.2. Структура слова команды в процессорах с одновременным
выполнением группы команд.................................................................................................242
6.3. Синтаксис команд............................................................................................................246
6.3.1. Синтаксис команд в процессорах со стандартной архитектурой...................................246
6.3.2. Синтаксис команд в процессорах с одновременным выполнением группы команд .....252
6.3.3. Операции над упакованными данными........................................................................253
6.4. Формирование системы команд.......................................................................................254
6.5. Группы команд................................................................................................................255
6.5.1. Команды пересылок......................................................................................................255
6.5.2. Команды арифметических операций.............................................................................257
6.5.3. Команды логических операций.....................................................................................261
6.5.4. Комбинированные команды..........................................................................................262
6.5.5. Команды бит-манипуляций...........................................................................................264
6.5.6. Команды управления....................................................................................................264
6.5.7. Особенности команд с плавающей точкой....................................................................270
Глава 7. Прерывания..............................................................................................................271
7.1. Источники прерывания....................................................................................................272
7.2. Средства управления прерываниями...............................................................................273
7.3. Типы прерываний............................................................................................................278
7.4. Инициализация процессора для работы в состоянии прерывания....................................279
7.5. Обслуживание прерываний.............................................................................................280
7.6. Состояние ожидания........................................................................................................282
Глава 8. Периферийные устройства.......................................................................................283
8.1. Основные понятия и определения...................................................................................283
8.1.1- Функциональный интерфейс........................................................................................284
8.2. Компандеры.....................................................................................................................290
8.3. Генератор задержек доступа к памяти.............................................................................294
8.4. Таймеры..........................................................................................................................296
8.4.1. Таймеры на декремент..................................................................................................296
8.4.2. Таймеры на инкремент.................................................................................................300
8.4.3. Работа таймера..............................................................................................................301
8.5. Синхронизация портов....................................................................................................303
8.5.1. Генераторы тактовых частот.........................................................................................304
8.5.2. Синхронизация синхронных последовательных портов................................................309
8.5.3. Синхронизация асинхронных портов............................................................................313
8.6. Синхронные последовательные порты............................................................................317
8.6.1. Базовый синхронный порт............................................................................................317
8.6.2. Буферизированный последовательный порт.................................................................325
8.7. Контроллер прямого доступа к памяти............................................................................332
8.7.1. Синхронизация каналов ПДП.......................................................................................334
8.7.2. Генерация адреса ПДП..................................................................................................335
8.7.3. Система приоритетов ПДП...........................................................................................336
8.8. Порт с временным разделением каналов.........................................................................337
8.9. Многоканальный буферизированный последовательный порт........................................341
8.9.1. Устройство управления и синхронизации МкБПП.......................................................344
8.9.2. Устройство многоканального выбора............................................................................345
8.10. Хост-порт......................................................................................................................346
Глава 9. Подготовка программ пользователя. Языки программирования................................349
9.1. Этапы разработки программы..........................................................................................349
9.2. Языки ассемблера............................................................................................................352
9.2.1. Особенности языка.......................................................................................................352
9.2.2. Структура программы...................................................................................................353
9.2.3. Мнемонические и алгебраические ассемблеры.............................................................358
9.2.4. Основные конструкции ассемблера..............................................................................361
9.2.5. Средства макроассемблера............................................................................................364
9.2.6. Средства организации стандартных структур...............................................................367
9.2.7. Совместимость ассемблеров различных процессоров...................................................368
9.3. Получение исполняемой программы. Состав пакетов программного обеспечения процессоров DSP...................................................................................................................370
9.3.1. Абсолютные и перемещаемые программные модули....................................................372
9.3.2. Компоновка..................................................................................................................373
9.3.3. Отладка и тестирование программы..............................................................................375
9.3.4. Библиотеки функций и информационная поддержка...................................................376
9.3.5. Использование интегрированных оболочек для подготовки
и моделирования программ ЦОС............................................................................................377
9.3.6. Matlab............................................................................................................................378
9.4. Рекомендуемый путь построения программы..................................................................379
9.5. Размещение программ в памяти......................................................................................382
9.5.1, Секции программы и блоки памяти..............................................................................382
9.5.2, Начальная загрузка программы.....................................................................................383
9.5.3, Оверлейные программы................................................................................................384
9.6. Языки C/C++ и архитектуры, дружественные к языку С..................................................385
Глава 10. Средства разработки и отладки систем цифровой обработки сигналов .................391
10.1. Аппаратные средства отладки........................................................................................392
10.1.1. Внутрисхемные эмуляторы-приставки........................................................................393
10.1.2. Внутрикристальные средства отладки.........................................................................394
10.1.3. Проверочные модули..................................................................................................405
10.2. Программные средства отладки.....................................................................................407
10.2.1. Симуляторы системы команд......................................................................................407
10.2.2. Отладчики...................................................................................................................409
10.2.3. Интегрированные отладочные средства......................................................................411
Глава 11. Разновидности и характеристики ЦПОС................................................................413
11,1. Квалификационные параметры и характеристики ЦПОС..............................................413
11.2. Сравнение производительности процессоров................................................................417
11.3. Разновидности ЦПОС с точки зрения назначения.........................................................421
Приложение 1. Сравнительная таблица параметров процессоров..........................................427
Приложение 2. Описании процессоров на русском языке......................................................432
Приложение 3. Источники информации................................................................................433
Периодические издания..........................................................................................................433
Журналы на русском языке....................................................................................................433
Журналы на английском языке...............................................................................................433
Фирмы — производители ЦПОС...........................................................................................434
Поставщики продукции и консультанты...............................................................................434
Разработчики систем..............................................................................................................435
Web-сайты с полезной информацией.....................................................................................435
Приложение 4. Маркировка процессоров TMS320 фирмы TI................................................437
Приложение 5. Принятые сокращения...................................................................................438
Приложение 6. Список литературы........................................................................................442
Предметный указатель............................................................................................................445