Blonstein S., Katorgi M. EXpressDSP для чайников

Подождите немного. Документ загружается.

ры включают в себя аппаратное и программное обеспечение для разработки и тес-

тирования новых DSP приложений. Если у вас до сих пор нет стартового набора,

Вы можете купить его по низкой цене. Посетите сайт

www.dspvillage.com для по-

лучения более детальной информации.

В заключение, пример приложения во второй части должен быть загружен с

Web страницы. Для этого Вам нужен компьютер, имеющий доступ к Web ресур-

сам, чтобы получить эту информацию. Чтобы услышать результат работы запу-

щенного приложения, вам необходим такой музыкальный источник, как CD пле-

ер, и какие-нибудь

динамики или наушники. Не волнуйтесь, у тинэйджеров их

полно.

Адрес Web – сайта соавторов книги –

www.ti.com/dummiesbook. На

этом же Web – сайте Вы можете найти программное обеспечение для

второй части книги, а также ссылки на другие ресурсы и продукты

DSP.

Куда мы идем далее…

Вы можете попытаться разработать ваше первое приложение, основываясь

на примере, рассмотренном в главе 7, или, использовать основные принципы и

придумать свое собственное DSP приложение из компонентов, которые есть у TI

или их партнеров. Что бы Вы ни выбрали, не низкоуровневый код DSP или мате-

матика, а только ваши творческие способности – это единственное, что может

удерживать

вас от перехода к новой разработке.

Часть I

Принципы про-

граммирования в

eXpressDSP

“Мы здесь чтобы чистить код.”

Пятая волна

В этой части…

Эта часть рассматривает специфические возможности

цифрового сигнального процессора (DSP) и некоторые

особенности, которые появляются при его программи-

ровании. Четвертая глава этой части дает представле-

ние о технологиях eXpressDSP: BIOS, XDAIS и про-

граммных шаблонах. Следующие главы также под-

робно рассматривают некоторые базовые технологии,

которые Texas Instruments рекомендует для макси-

мально эффективного использования своего времени и

возможностей выбранного

Вами DSP.

Глава 1

DSP – Болиды дорог программиро-

вания

В этой главе

• Разгоняемся с DSP

• Эффективное использование доступной памяти

• Управление энергопотреблением

• Понимание реального времени

Закройте глаза и попытайтесь представить следующую картину. Обычная

семейная машина. Она конечно доставит вас из точки А в точку Б в целости и со-

хранности и достаточно легко остановится и поедет на всех красных и зеленых

сигналах светофора, знаках “уступи дорогу” и досадных «лежачих полицейских»,

но это не даст

Вам ощущения, от которого белеют костяшки, которое можно по-

лучить от точно настроенной гоночной машины.

Микропроцессор – сердце вашего настольного или портативного компьюте-

ра, во многом похож на семейную машину – он выполняет свои функции, но по

большей части не становится таким захватывающим, до тех пор, пока Вы дейст-

вительно не полюбите листинги

Теперь надевайте ваш гермошлем и помчимся в гоночном болиде на мото-

трассу Индианаполиса (это было в оригинале, в переводе собирались подставить –

Новосибирска, но болид стало жалко… – прим. переводчика). Когда эти пакост-

ные огни переключатся с красного на зеленый, нажмите на педаль газа и не от-

пускайте ее до конца гонки –

вот тогда Вы представите себе DSP.

Четыре уникальных свойства DSP

Буквально, DSP являются болидами дорог программирования. Они скорост-

ны и специализированы, могут предоставить пользователю опыт, выходящий за

пределы “пригородного движения”.

При рассмотрении следующих четырех секций мы дадим вам представление

об основных характеристиках, которые отличают DSP от “семейных машин” -

микропроцессоров.

Математика высшего качества

Первое и самое главное – математический аппарат, DSP превосходно вы-

полняют математические операции. Это достигается одним или несколькими

арифметико-логическими устройствами (АЛУ) и одним или несколькими дис-

кретными умножителями. Эти блоки разрабатывались как экстремально быстрые,

выполняющие математическую операцию за один цикл.

Ключ к успеху – это постоянная загрузка математических блоков. Помните,

что гоночные машины

спроектированы для удержания большой скорости, а не

только для хорошего старта и останова.

То, что DSP хороши при выполнении математических операций, не

означает, что Вы должны хорошо знать математику (хотя это здорово,

если знаете). В этой книге мы покажем вам, как овладеть всеми вида-

ми алгоритмов для работы на вашем DSP без

привлечения науки и

математики.

Ценные блоки памяти

Секрет успешного программирования DSP – в разумном и полном исполь-

зовании ограниченной оперативной памяти. В перспективе, большинство совре-

менных недорогих DSP будут иметь примерно от 8 до 256 КБ внутренней памяти.

Килобайт, а не мегабайт! Стоимость DSP и его энергопотребление контролируют

ограничение памяти (мы рассмотрим энергопотребление в разделе “Предупреж-

дение о потребляемой мощности”).

Программист DSP должен постоянно думать

, как лучше всего ис-

пользовать эту ценную внутреннюю память. Небрежное программи-

рование в этой области негативно повлияет на весь процесс програм-

мирования DSP. Во второй части этой книги мы расскажем Вам о

различных способах преодоления этой проблемы.

Потоковые данные

DSP хорошо подходят для приложений, в которых данные обрабатываются

как непрерывно поступающий поток, часто называемый как stream. Ключевым

здесь является помещение данных в DSP, их обработка и извлечение с макси-

мальной эффективностью.

Это становится возможным благодаря разнообразным периферийным уст-

ройствам DSP. Такие устройства, как контроллеры прямого доступа к памяти (Di-

rect Memory Access – DMA controllers) и многоканальные буферированные по-

следовательные

порты (Multi-Channel Buffered Serial Port - McBSP) – это только 2

вида периферийных устройств, полезных для пересылки данных. Целью про-

граммистов является программирование этих контроллеров, таким образом, что-

бы это уменьшило нагрузку на CPU, и чтоб DSP могли выполнять свою работу, не

заботясь о том, что делают периферийные устройства. Это также помогает акку-

ратному заполнению ценной внутренней памяти нужными данными для выполне-

ния математических операций.

Предупреждение о потребляемой мощности

Вы недавно заглядывали внутрь своего компьютера? Вы не сможете уви-

деть микропроцессор, потому что он находится под вентилятором. Современные

микропроцессоры потребляют от 10 до 100Вт и нуждаются в постоянном охлаж-

дении во избежание выхода из строя. Это нормально, когда источником питания

является национальная система электроснабжения.

Сейчас представьте, что ваш микропроцессор работает на

одной литий ме-

таллогидридной AA батарейке с емкостью 1200 мА/час. Ожидаемое время работы

такой батарейки будет около 11 минут при 10 Вт и около 1 минуты при 100 Вт.

Сейчас представьте последние системы DSP, потребляющие ничтожные 100

мВт во время работы – в этих условиях AA батарейки хватит на 18 часов. Задачей

разработчиков является рациональное использование энергосберегающих техно-

логий,, имеющихся

в DSP.

На рис. 1-1 показана блок-схема реального DSP семейства TMS320C55XX.

Эти устройства стали доступны, когда произошел переход к пониженному энер-

гопотреблению. Большая часть снижения энергопотребления достигнута, за счет

возможности включения внутренних блоков DSP в определенное время.

Действительно реальное время

Термин “реальное время” - один из часто используемых терминов, которым

злоупотребляют. Возможно, сегодня утром Вы "в реальном масштабе времени"

уже получили некоторые биржевые сводки. (Далее в оригинале шло такое пред-

ложение: «Better keep that daytime job for a while longer». Поскольку авторы пере-

вода еще не поднаторели в использовании биржевых сводок, то они решили оста-

вить предложение без перевода, чтобы не

исказить исходный смысл этой ремарки.

Надеемся, это не помешает вашему успешному овладению основами eXpressDSP

– Прим. перевод.). Было ли это действительно реальное время? Что такое “реаль-

ное время”? Действительно ли оно быстро наступает? Чтобы разрешить это про-

тиворечие, мы хотели бы дать определение термину, под которым мы понимаем

“реальное время”.

Приведем

пример системы, используемой для сжатия потока речевой ин-

формации по каналу коммуникации. В конце системы декодирования сжатые

данные поступают в виде непрерывного потока.

Сейчас представьте, что DSP декодирует этот сжатый поток. DSP должен

поддерживать в должном порядке принимаемые сжатые данные по мере их по-

ступления. Это и есть обработка в масштабе реального

времени. Невозможность

получения данных в реальном времени приведет к их потере и к возникновению

щелчка или шума на выходе, что может раздражать пользователя. Таким образом,

даже если преобразование достаточно быстрое, оно, тем не менее, может и не

быть преобразованием в масштабе реального времени.

Рисунок 1-1 Блок схема DSP TMS320X5509

Техническая сторона планирования заданий DSP

Реальность современных разработок DSP состоит в том, что DSP

выполняют несколько алгоритмов в некоторых режимах многозадачного или

упреждающего планирования задач. В таких ситуациях, как эта, простое уве-

личение скорости в MIPs (MIPs - Million Instructions Per Second – миллион ин-

струкций в секунду) не гарантирует успеха. Например, представим, что DSP

обладает производительностью в 100 MIPs и Вам необходимо запустить одно-

временно два алгоритма.

Алгоритм А полностью загружает CPU на 1,2 мс каж-

дые 3 мс, а алгоритм B на 1 мс каждые 2 мс. Теоретически алгоритм А расхо-

дует 40 MIPs , а алгоритм B – 50 MIPs. Это похоже на то, что при 90 MIPs оста-

ется запас в 10 MIPs. Но подождите: предполагается, что это будет система в

реальном времени, причем каждый алгоритм имеет независимый и строго оп-

ределенный

момент начала выполнения (в чем и заключается реальное время!),

чтобы система функционировала верно. В этом случае, что бы Вы ни делали,

при разработке алгоритмов A и B, Вы не сможете действительно работать в ре-

альном времени, несмотря на “свободные” 10 MIPs.

DSP часто используются в системах реального времени, поскольку, если

они должным образом запрограммированы, то легко справляются с заданием.

Большинство многоцелевых микропроцессоров практически не может быть ис-

пользовано в этих ситуациях.

DSP повсюду

Надеемся, мы убедили Вас, что DSP быстрые, специализированные и чуткие

машины. Это не означает, что ниша применения DSP - медицинское оборудова-

ние, военная техника и промышленный контроль….это далеко от истины.

DSP буквально повсюду. Взгляните на некоторые разработки, показанные

ни рис. 1-2. Все эти пользовательские устройства были выпущены в большом

объеме и распространены повсеместно в

сегодняшнем мире. Широкая распро-

страненность и популярность этих устройств обусловлена малыми размерами

DSP, дешевизной и низким энергопотреблением (представьте, что одна АА бата-

рейка работает 11 минут на одном из тех «прожорливых» микропроцессоров). И,

наконец, они действительно хорошо решают задачи большого объема – их много

и они необходимы в мире цифровых технологий.

Рисунок 1-2 Продукция, использующая DSP TMS320

Глава 2

Владение методом планирования:

ядро DSP/BIOS

В этой главе

• Переносимость приложений на многие платформы

• Отладка и анализ работы вашего приложения в реальном времени

• Распределение ресурсов для максимальной эффективности

• Масштабирование ваших приложений

• Разработка вашего приложения с помощью Code Composer Studio

Представьте следующую ситуацию: Вы женаты и у вас трое детей. (Некото-

рые из вас уже семейные люди - другие, возможно, думают, что это ночной кош-

мар!). Первая важная особенность – детей больше, чем взрослых. И, кроме того, в

вашем кондоминиуме в Кремниевой долине, стоящем миллион долларов, только

одна ванна!

Представьте обычное утро

буднего дня. Как Вы успеете собрать всех за час,

начиная с того момента, как Вы встали и, заканчивая временем, когда всем Вам

надо выходить в школу или на работу? Вероятно, Вы будете использовать что-то

вроде расписания, чтобы коллективно использовать ценный совместный ресурс (в

вашем случае, единственную ванную). И если

Вы действительно хитроумны, то

Вы сможете придумать так, чтобы несколько человек пользовались ванной одно-

временно: один в душе, а другой в это время бреется.

Современные DSP также вводят в заблуждение ограниченными ресурсами и

задачами. Как мы обсуждали в первой главе, DSP включает группы ценных ре-

сурсов. Обычно в них входят: внутренняя память, сам

CPU и физически ограни-

ченные каналы прямого доступа к памяти. Сложность задачи состоит в планиро-

вании назначения этих ресурсов для выполнения различных конкурирующих

функций DSP. К счастью, обучить эти группировки гораздо легче, чем два года

назад.