مطالعه و بررسی پردازنده های DSP،پردازنده های DSP،مقاله مطالعه و بررسی پردازنده های DSP

مقدمه

پردازش سیگنال های دیجیتال با استفاده از عملیات ریاضی قابل انجام است. در مقایسه، برنامه نویسی و پردازش منطقی روابط، تنها داده های ذخیره شده را مرتب می کند. این بدان معنی است که کامپیوترهای طراحی شده برای کاربردهای عمومی و تجارتی به منظور انجام محاسبات ریاضی، مانند الگوریتم های انجام تحلیل فوریه و فیلتر کردن مناسب و بهینه نیستند. پردازشگرهای دیجیتال وسایل میکروپروسسوری هستند که به طور مشخص برای انجام پردازش سیگنال های دیجیتال طراحی شده اند. پردازنده های DSP دسته ای از پردازنده های خاص می باشند که بیشتر برای انجام بلادرنگ پردازش سیگنال های دیجیتال استفاده می شوند.

مطالعه و بررسی پردازنده های DSP,پردازنده های DSP,مقاله مطالعه و بررسی پردازنده های DSP,پروژه مطالعه و بررسی پردازنده های DSP,پردازنده Dsp,مطالعه و بررسی Dsp,پروژه های برق,مقالات برق,پایان نامه های برق,دانلود مقالات برق,دانلود پروژه های برق,دانلود پایان نامه های برق,دانلود پروژه مخابرات,دانلود مقاله مخابرات,دانلود پایان نامه مخابرات

این پردازنده ها توانایی انجام چندین عملیات همزمان در یک سیکل دستورالعمل شامل چندین دسترسی به حافظه، تولید چندین آدرس با استفاده از اشاره گرها و انجام جمع و ضرب سخت افزاری به طور همزمان را دارا می باشند و سرعت بالای آن ها نیز به واسطه این ویژگی ها است. این وسایل به میزان بسیار زیادی در دهه اخیر رشد کرده اند و کاربردهای متنوعی از دستگاه های تلفن سیار تا ابزارهای علمی پیشرفته پیدا کرده اند. همچنین بعضی قابلیت اجرای منطق ممیز شناور (Floating point) به صورت سخت افزاری را دارند.

برای ادامه توضیحات و دانلود به ادامه مطلب بروید

در صورتی که سیگنال در بازه دینامیکی بزرگی متغیر با زمان باشد، این قابلیت بسیار مفید می باشد. اگر نمونه ها در زمان بین نمونه برداری ها نیاز به پردازش با سرعت بالا داشته باشند می توان از پردازنده های عملکرد بالا استفاده نمود. در این حالت پردازنده باید در سریع ترین زمان ممکن پردازش را به پایان برساند که این نیازمند کم بودن زمان سیکل  دستورالعمل در پردازنده می باشد. از دیدگاه هزینه، ابعاد و طراحی آسان، تجهیزات جانبی پردازنده بسیار مهم می باشند.
تجهیزات معمول روی پردازنده ها، پین های ورودی / خروجی، مدارهای واسط سریال و موازی، مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) و مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) میی باشند. لحاظ کردن فاکتورهای فوق در طراحی و ساخت DSPها، موجب شده است که DSP های متنوعی موجود باشند. بدیهی است در چنین پردازشی باید بتوان اطلاعات نهفته در سیگنال را نیز استخراج کرد.

تحلیل سیستم های DSP

سیستم نمونه DSP در شکل‌(۱-۱) نشان داده شده است. همان گونه که دیده می شود این سیستم ازسه بخش اصلی تشکیل گردیده است. بخش ابتدایی برای آماده سازی سیگنال و تبدیل آن به نوع دیجیتال و بخش انتهایی که نتایج حاصل از پردازش دیجیتالی را دوباره به شکل اولیه تغییر می دهد و قسمت مرکزی که پردازشگر دیجیتال را برای اجرای یک الگوریتم، یک برنامه و یا مجموعه ای از محاسبه های منطقی – ریاضی تشکیل می دهد. واحدهای ابتدایی و انتهای سیستم فوق مورد بحث ما نمی باشند و در این فصل به طور عمده به بخش اصلی پردازشگر پرداخته می شود.

1

اولین نکته قابل توجه این است که چگونه سیستم DSP طراحی می شود؟ چگونگی و روش طراحی سیستم را می توان در شکل‌(۱-۲)‌ مشاهده کرد. اولین قدم در این طراحی، تحلیل سیگنال ورودی و تعیین مشخصات آن مانند حداقل و حداکثر دامنه، پهنای باند، محتوای طیفی سیگنال و حدود تغییرات، نسبت سیگنال به نویز (SNR) آن است.

همان طور که سیگنال اصلی آنالوگ باشد، اولین مرحله، پیش پردازش سیگنال و تبدیل آن به شکل دیجیتالی است. میزان و نوع تقویت کننده ورودی، طراحی فیلتر ضدهمپوشانی، حداقل نرخ نمونه برداری و در نهایت طراحی مبدل آنالوگ به دیجیتال در مهمترین موارد این مرحله از طراحی سیستم پردازشگر دیجیتالی است.

سومین مرحله از طراحی سیستم پردازشگر، طراحی نرم افزاری – سخت افزاری پردازشگر دیجیتال است. محتوای طیفی سیگنال و SNR سیگنال ورودی و نیز مشخصات مورد نیاز در خروجی عملیات پردازش که می تواند آشکارسازی مولفه های فرکانس باشد و یا ممکن است بهبود خصوصیات SNR سیگنال مد نظر باشد، تابع انتقال سیستم DSP و الگوریتم های محاسبه آن را تعیین می کند.

در پردازش زمان – حقیقی پهنای باند سیگنال، سرعت پردازش و میزان بار پردازشی میان سخت افزار و نرم فزار را تعیین می کند. اکنون این سوال اساسی قابل مطرح است که تفاوت پردازشگرهای DSP و میکروپروسسورها چه هستند؟ همان طور که می دانیم کامپیوترهای دیجیتال بر مبنای میکروپروسسورها کار می کنند که با اجرای مراحل منطقی در آن ها، محاسبه و الگوریتم هایی انجام می یابد.
اما نوع محاسبه ها و سرعت انجام آن ها بسیار پایین تر از انتظاراتی نظیر انجام روباتیک، کنترل سریع ماشین ها، استخراج سریع پارامترها از سیگنال های زمان – حقیقیی و امثال آن است. ولی به هر حال در دهه های اخیر نشان داده شده است که کامپیوترها به میزان بسیار زیادی در دو زمینه مدیریت و کار با داده، مانند پردازش متن، مدیریت پایگاه داده و محاسبه های ریاضی مورد استفاده قرار می گیرد.

همه میکروپروسسورها کم و بیش هر دو وظیفه فوق را می توانند اجرا کنند، ولی بسیار مشکل و یا گران است که بتوان وسیله ای داشت که برای هر دو وظیفه بهینه باشد.

2

برای بررسی و تایید عملکرد سیستم پیشنهادی، ابتدا سیگنال ورودی و مدل پردازش شبیه سازی نرم افزاری
تعیین می گردد. سپس با اطلاعات اولیه و تایید نهایی گراف جریان سیستم از شبیه ساز نرم افزاری استخراج گردیده که مبنای پیاده سازی سخت افزاری – نرم افزاریی پردازشگر دیجیتالی قرار می گیرد.

مصالحه زیادی در طراحی سخت افزاری، مانند اندازه مجموعه دستورالعمل ها و تعداد وقفه هامیان آن ها انجام گردیده است. همچنین، مسائل بازاری و تجاری، نظیر هزینه ی توسعه و ساخت، رقابت و طول عمر محصولات از اهمیت فوق العاده ای برخوردارند. این ملاحظات موجب بروز میکروپرسسورهای پنتیوم شد.

به طریق مشابه DSP ها نیز برای محاسبه های ریاضی در پردازش سیگنال های دیجیتال طراحی شدند که سرعت اجرای بیشتر الگوریتم های DSP تقریبا به طور کامل با تعداد ضرب – جمع های مورد نیاز محدود می شوند.
علاوه بر اجرای محاسبه های ریاضی با سرعت زیاد، DSPP ها باید دارای توانایی پیشگویی زمان اجرا باشند.

بیشتر DSP های مورد استفاده در کاربردهای مختلف به صورت پیوسته ای عمل پردازش را انجام داده، بدون این که شروع و خاتمه تعریف شده ای داشته باشند و متناسب با سرعت مورد نیاز در کاربرد عمل می کنند.

دلایل متعددی وجود دارد که سرعت سیستم DSP مورد طرح بیش از حد نیاز نباشد، زیرا با افزایش آن هزینه، مصرف توان و پیچیدگی طرح نیز افزایش می یابد. این دلایل اطلاعات درستی از زمان اجرای پردازش را ضروری می سازد تا هم وسیله مناسب انتخاب شود و هم الگوریتم های مورد استفاده به نحو صحیحی طراحی شوند.

 

معماری پردازشگرهای دیجیتال 

یکی از مهم ترین گلوگاه های اجرای الگوریتم های DSP، انتقال اطلاعات به/ از حافظه است. این اطلاعات شامل «داده» مانند نمونه های سیگنال ورودی و ضرایب فیلتر و «دستورالعمل ها» که به صورت کدهای باینری به صورت دنباله وار به برنامه اعمال می گردد، می شوند.

 

الف) معماری وان – نیومان 

ساده ترین نوع انجام این عمل توسط وان – نیومان [۱۹۰۳-۱۹۵۷,Von Neumann] ارائه گردید. معماری
وان – نیومان تنها دارای یک حافظه و یک گذرگاه برای نقل و انتقال داده به واحد پردازش مرکزی (CPU) است. این معماری در شکل (۱-۳) نشان داده شده است. طرح وان – نیومان برای حالتی که همه وظایف در برنامه ای که به صورت سریال انجام می شوند، به طور کامل قابل قبول است.

643

ب) معماری هاروارد 

معماری دیگر تنها وقتی مورد نیاز می شوند که پردازش سریع مورد نیاز باشد. در شکل (۱-۴) معماری دیگری به نام هاروارد نشان داده شده است که در دانشگاه هاروارد با هدایت هوارد آیکن [Haward Aiken 1900-1973] در سال ۱۹۴۰ ارائه شده است. در این طرح حافظه های جداگانه ای برای داده ها و دستورالعمل ها در نظر گرفته شده است که دارای گذرگاه های جداگانه ای نیز می باشند. چون در این طرح، گذرگاه ها به طور مستقل دستورالعمل ها و داده ها را همزمان واکشی می کنند که موجب افزایش سرعت پردازش می شود. بسیاری از DSP ها امروزه از این نوع معماری استفاده می کنند.

 

644 

ج) معماری Super Harvard 

معماری با سطح بالاتری با نام Super Harvard در شکل(۱-۵) نشان داده شده است. در واقع این معماری توسعه یافته طرح Harvard با اضافه کردن خصوصیاتی برای افزایش گذردهی است. این طرح با چندین روش بهینه سازی که نوعی از خصوصیات آن ها با Cache دستورالعمل و کنترل کننده I/O در شکل نشان داده شده است.

645

الگوریتم های DSP عموما بیشتر زمان اجرای خود را در حلقه های انجام دستورالعمل ها سپری می کنند. این بدین معنی است که یک مجموعه دستورالعمل برنامه به طور پیوسته از حافظه برنامه به CPU انتقال می یابد. معماری SHARC برای انجام این حالت از Cache دستورالعمل استفاده می کند که مزیت آن محسوب می شود. شکل (۱-۶) معماری SHARC با شرح بیشتری نشان داده شده است که در آن کنترل کننده I/O به حافظه داده متصل گردیده است.

646

برخی پردازشگرهای SHARC هر دو درگاه های سری و موازی را برای ارتباط دارند که سرعت بالایی را فراهم
می کند. برای مثال با سرعت ساعت ۴۰MHz، دو درگاه سری که هر کدام با ۴۰ Mbits/Sec کار می کنند و شش درگاه موازی که با سرعت ۴۰ Mbytes داده را انتقال می دهند. وقتی همه درگاه های موازی با هم کار کنند، سرعتی معادل ۲۴۰ Mbytes/Sec را فراهم می کند.

سرعت های بالای I/O از مشخصات کلیدی پردازشگرها است. مهم ترین مسئله در مرتبه اول، انتقال داده به داخل DSP، انجام محاسبات و خروج نتیجه قبل از نمونه بعدی است.

موارد دیگر در مرتبه بعدی قرار می گیرند. اگرچه برخی پردازشگرها دارای مبدل های آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ روی کارت اصلی اند ولی همه پردازشگرها می توانند از طریق واسط گذرگاه های سری یا موازی با مبدل های خارجی مرتبط باشند.

در بلوک دیاگرام شکل (۱-۶)در بخش CPU دو بلوک مولد آدرس داده (DAG) دیده می شود که هر یک برای یکی از دو حافظه به کار می رود. این بلوک ها آدرس های ارسالی به حافظه های برنامه داده را کنترل می کنند، یعنی مشخص می کنند چه اطلاعاتی باید در حافظه خوانده یا نوشته شوند.

بخش رجیستر داده در CPU به روش مشابه میکروپروسسورها مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر وظایف عمومی مانند ذخیره کننده داده، این رجیستر ها می توانند برای کنترل حلقه ها و شمارنده ها نیز به کار روند.

انجام محاسبات ریاضی به سه بخش ضرب کننده، واحد منطقی محاسبه (ALU) و انتقال دهنده تقسیم می شود. ضرب کننده مقادیر دو رجیستر را در هم ضرب کرده و نتیجه را در رجیستر دیگری قرار می دهد.

ALU عملیات جمع، تفریق، قدرمطلق و عملیات منطقی (NOT, XOR, OR, AND)، تبدیل فرمت اعداد
نقطه – ثابت و نقطه- شناور و امثال آن را انجام می دهد.

مهم ترین مشخصه SHARC این است که عملیات ضرب کننده و ALU به طور موازی در آن انجام می شوند.
علاوه بر ویژگی های فوق این پردازنده ها دارای روتین های سرویس دهی وقفه و اجزای جانبی روی چیپ
می باشند که ارتباط پردازنده را با دنیای بیرون فراهم می کند. در شکل (۱-۷) یک سیستم ساده دارای پردازنده DSP نشان داده شده است.

 

647

فهرست مطالب

– چکیده

فصل اول : مشخصات عمومی پردازنده های DSP

– تحلیل سیستم های DSP

– معماری پردازشگرهای دیجیتال

– مشخصات پردازشگرهای

– بهبود کارایی پردازنده های DSP معمولی

– ساختار SIMD

فصل دوم : معرفی پردازنده های DSP و سخت افزار لازم جهت کار با آنها

– مقدمه

– خانواده ی پردازنده های Texas Instrument

– خانواده ی TMS320C2000

– سری C5000

– سری C6000

– تجهیزات سخت افزاری جهت کار با پردازنده های دیجیتال

– نحوه ی راه اندازی و تست اولیه بورد های DSK

– EVM

– DVEM

– بورد های TDK

– خانواده ی پردازنده های  Motorola  یا به عبارتی Free scale

– سری  DSP56000

– سری DSP56100

– خانواده ی پردازنده ی Analog Devices

– پردازنده های سری BLACFIN

– پردازنده های سری SHARC

– پردازنده های سری Tiger SAHRC

فصل سوم : معرفی نرم افزارهای DSP مقدمه

– تقسیم بندی انواع نرم افزارهای DSP

– مقدمه ای بر ابزارهای توسعه یافته ی DSP

– کامپایلر  C

– اسمبلر

– پیونددهنده

– بقیه ابزارهای توسعه

– نرم افزار Code Composer Studio

– نرم افزار های با محیط گرا فیکی برای نوشتن کد

فصل چهارم : کاربردهای پردازنده های DSP

– کاربردهایی از رادار

– آماده کردن سیگنال آنالوگ برای برقراری ارتباط از طریق یک کانال مخابراتی

– تحلیل سیگنال آنالوگ برای استفاده از شناسایی صدا در سیستم تلفن

– کاربرد  DSPدر پردازش سیگنال های زلزله ثبت شده در شبکه ملی لرزه نگاری ایران

– لنز به عنوان یک ابزار قدرتمند برای محاسبه تبدیل فوریه جهت پردازش سیگنال های دریافتی

– کاربرد پردازنده های DSP و تبدیل فوریه چند بعدی در تصویر برداری MRI

– استفاده از پردازنده های DSP در تشخیص الگوی گاز

– کاربرد پردازنده های DSP در پردازش تصویر

– فیلترهای تطبیقی و نقش آنها در پردازش سیگنال های دیجیتال

– توموگرافی

– کاربرد پردازنده های  DSPدر سیستم های قدرت و رله های حفاظتی

– مراجع

ضمیمه ندارد

 

 

تصاویر فایل پروژه :

648 649 650

651 652 653

 

 

خرید آنلاین پروژه

کليک جهت خريد کالا ، به منظور پذيرش قوانين و مقررات سايت مي باشد .

 

  • فرمت فایل : Word –  تعداد صفحات : ۸۹ صفحه
  • حجم فایل : ۷٫۰ مگا بایت
  • برای دانلود مقالات و پرژوه های بیشتر در گرایش مخابرات اینجا کلیک کنید.

درصورت بروز مشکل در هنگام خرید با ایمیل زیر در ارتباط باشید.

ایمیل مدیریت پارسی برق : admin@parsibargh.com