UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN FACULTAD DE INGENIERIA DE PRODUCCION Y SERVICIOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES CURSO PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES DOC: ING. RUBEN MATHEOS HERRERA PROCESADOR DIGITAL DE SEÑALES (DSP) TMS320C3x ELABORADO POR QUINTANA PACOMPIA MARJORIE ROSY AREQUIPA, JUNIO 2019 INDICE DSP (PROCESADOR DIGITAL DE SEÑALES) ................................................................. 3 CARACTERISTICAS ........................................................................................................ 3 OPERACIONES BASICAS ............................................................................................... 4 FUNCIONAMIENTO DE UN DSP ................................................................................... 4 ARQUITECTURA ............................................................................................................. 5 DSP TMS320C3x ................................................................................................................... 6 ARQUTECTURA DEL DSP TMS320C3x ........................................................................ 6 APLICACIONES ................................................................................................................... 8 PROGRAMA DE SIMULACION ......................................................................................... 8 DSP (PROCESADOR DIGITAL DE SEÑALES) Un DSP (Digital Signal Processor) es un microprocesador específico para el tratamiento de señales, esta especialización se necesita a la hora de procesar señales de cualquier tipo en tiempo real. La mayoría de los sistemas de audio, video y transmisión de datos digitales usados en la actualidad, requieren algoritmos de una elevada complejidad matemática. Se puede decir que es un sistema basado en un procesador o microprocesador que posee un conjunto de instrucciones, un hardware y un software optimizados para aplicaciones que requieran operaciones numéricas a muy alta velocidad. Debido a esto es especialmente útil para el procesado y representación de señales analógicas en tiempo real: en un sistema que trabaje de esta forma (tiempo real) se reciben muestras (samples), normalmente provenientes de un conversor analógico/digital (ADC). CARACTERISTICAS La diferencia principal entre un DSP y un microprocesador convencional es que el DSP es muy rápido para un tipo de operaciones concretas, ya que tiene instrucciones especiales para ellas, y las puede realizar de forma paralela, su velocidad de procesamiento es más baja que un procesador convencional, pero para las operaciones que debe realizar es suficiente. En principio, el corazón de un sistema de procesado digital puede ser un microcontrolador, un procesador de propósito general o un procesador digital de señal (DSP). La principal diferencia entre un DSP y un microprocesador, es que el DSP tiene unas características diseñadas para soportar tareas de altas prestaciones, repetitivas y numéricamente intensas. Por el contrario, los procesadores de propósito general o microcontroladores, no están especializados para ninguna aplicación concreta. Es por esta razón, por la que en sistemas con una carga computacional muy alta, la solución óptima consistiría en usar un DSP. Los DSP, al igual que los microprocesadores, son sistemas programables que nos permiten implementar muchos tipos de aplicaciones en función de los requerimientos del sistema y de las habilidades del programador. Aunque hay muchos procesadores DSP, la mayoría son diseñados con las mismas operaciones básicas en mente, por lo que comparten el mismo conjunto de características básicas. Estas características se dividen en tres categorías: Alta velocidad de cálculos aritméticos. Transferencia de datos hacia y desde el mundo real. Arquitecturas de memoria de múltiple acceso. OPERACIONES BASICAS Un Procesador de señal digital para operar requiere unas simples funciones típicas: Suma y Multiplicación. Retrasos. Manejo de Arreglos (vectores). FUNCIONAMIENTO DE UN DSP Se ha dicho que puede trabajar con señales analógicas, pero el DSP es un sistema digital, por lo tanto, necesitará un conversor analógico/digital a su entrada y digital/analógico en la salida. Como todo sistema basado en procesador programable necesita una memoria donde almacenar los datos con los que trabajará y el programa que ejecuta. Si se tiene en cuenta que un DSP puede trabajar con varios datos en paralelo y un diseño e instrucciones específicas para el procesado digital, se puede dar una idea de su enorme potencia para este tipo de aplicaciones. Estas características constituyen la principal diferencia de un DSP y otros tipos de procesadores. Para adentrar en su funcionamiento se pondrá el ejemplo de un filtro: el DSP recibirá valores digitales o samples procedentes de la señal de entrada, calcula qué salida se obtendrá para esos valores con el filtro que se le ha programado y saca esa salida. Un posible sistema basado en un DSP puede ser el siguiente: ARQUITECTURA Un DSP está diseñado teniendo en cuenta las tareas más habituales del procesado digital: sumas, multiplicaciones y retrasos (almacenar en memoria). Los DSP abandonan la arquitectura clásica de Von Neumann, en la que datos y programas están en la misma zona de memoria, y apuestan por la denominada Arquitectura Harvard. En una arquitectura Harvard existen bloques de memoria físicamente separados para datos y programas. Cada uno de estos bloques de memoria se direcciona mediante buses separados (tanto de direcciones como de datos), e incluso es posible que la memoria de datos tenga distinta anchura de palabra que la memoria de programa (como ocurre en ciertos microcontroladores). Los elementos básicos que componen un DSP son: Conversores en las entradas y salidas Memoria de datos, memoria de programa y DMA. MACs: multiplicadores y acumuladores. ALU: Unidad aritmético-lógica. Registros. PLL: Bucles enganchados en fase. PWM: Módulos de control de ancho de pulso. DSP TMS320C3x Recordemos que el DSP es un procesador CISC dedicado diseñado específicamente para el procesamiento digital de señales. Las características salientes de este tipo de procesador son: operaciones adaptadas al procesamiento de señales implementadas en hardware, modos de direccionamiento adaptados al procesamiento de señales, gran espacio de direccionamiento, interface multiprocesador, memorias y buses independientes, paralelismo interno. Además, gracias a los dos ports de interface externa, se pueden conectar varios dsps para formar una máquina multi-dsp. ARQUTECTURA DEL DSP TMS320C3x La arquitectura del dsp TMS320C3x responde a las demandas de sistemas que están basados sobre algoritmos de aritméticas sofisticadas que requieren soluciones tanto desde el punto de vista del hardware como del software. La alta performance de este tipo de arquitectura de 32 bits está lograda a través de las siguientes características: la alta precisión y el amplio rango dinámico de las unidades de punto flotante, memoria on-chip, un alto grado de paralelismo y un controlador de acceso directo a memoria. El TMS320C3x tiene una arquitectura de cpu basada en registros. La cpu consta de los siguientes componentes: Multiplicador de enteros/punto flotante, ALU, Shifter barrer de 32 bit ( usado para desplazamientos de hasta 32 bits en un ciclo simple de máquina) Buses internos, Registros auxiliares de las unidades aritméticas CPU file register que es un conjunto de 28 registros de propósito general que pueden ser usados tanto por el multiplicador como por la ALU. Además el dsp posee una cache de programa, memorias internas de acceso dual, un canal DMA que soporta entrada/salida concurrente y un ciclo de máquina corto. El TMS320C3X puede ejecutar en paralelo operaciones de multiplicación y operaciones de la ALU en un ciclo simple de máquina, tanto sobre enteros como sobre punto flotante. Además, los buses separados de programa, datos y DMA permiten a los programas realizar en paralelo búsquedas, accesos a datos y accesos a DMA. El tiempo de ciclo simple permite ejecutar operaciones a una performance promedio de hasta 60 millones de instrucciones de punto flotante por segundo (MIPFS) y de 30 millones de instrucciones por segundo (MIPS). El espacio total de memoria disponible del TMS32C3x es de 16 millones de palabras de 32 bits. Programas, datos y el espacio de entrada/salida están incluídos en esos 16 millones. Cada bloque de RAM y ROM es capaz de soportar dos accesos de CPU en un ciclo simple de máquina. APLICACIONES En telecomunicaciones: Transmisión de voz: teléfonos móviles (GSM), celulares e inalámbricos, Multiplexado de canales, Módems de alta velocidad, Fax, Transmisión de voz. En instrumentación: Analizadores de espectro, Osciloscopios digitales: procesado de datos. En análisis de voz y conversación: Compresión de voz, codificación de conversación, Reconocimiento de voz, conversión de texto en voz, y viceversa. Procesamiento de imágenes: Animación, estaciones de trabajo, rotación tridimensional, reconocimiento de patrones, proceso homomórfico, compresión y transmisión de imágenes. Aplicaciones digitales: Ventanas de adquisición, convolución, correlación, transformada rápida de Fourier, filtrado digital, generación de formas de onda. Militar: Navegación, procesado de imágenes, radar, guía de misiles, seguridad en las comunicaciones. Aplicaciones de control: Robótica, regulación en velocidad de motores, servocontrol, impresoras. PROGRAMA DE SIMULACION Se cuenta con un simulador del dsp TMS320C3x, el cual permite realizar el debugging del código desarrollado para el dsp, en lenguaje assembler.
