© Texas Instruments Inc. Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Αρχιτεκτονική των Επεξεργαστών Ψηφιακού Σήματος της σειράς C6000 της Texas Instruments Η παρουσίαση αυτή βασίζεται σε υλικό από το University Program της Texas Instruments © Texas Instruments Inc. 12 Μαρτίου 2009

Απεικόνιση σε ιατρικές εφαρμογές Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Η σειρά C6000 των Ψηφιακών Επεξεργαστών Σήματος (DSPs) της Texas Instruments χρησιμοποιείται σε μια ευρεία γκάμα εφαρμογών που περιλαμβάνει: Radar και Sonar Απεικόνιση σε ιατρικές εφαρμογές Επεξεργασία ήχου υψηλής ποιότητας (C67x) Επικοινωνίες δικτύων δεδομένων Έλεγχος ρομποτικών συστημάτων Επεξεργασία video (C64x) 12 Μαρτίου 2009

Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Στο εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας είναι διαθέσιμα τα παρακάτω board της Spectrum Digital με DSP από την Texas Instruments: TMS320C6713 DSK TMS320DM642 EVM 12 Μαρτίου 2009

C67x επεξεργαστής κινητής υποδιαστολής (floating-point) Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας C67x επεξεργαστής κινητής υποδιαστολής (floating-point) C64x επεξεργαστής σταθερής υποδιαστολής (fixed-point) 12 Μαρτίου 2009

Επεξεργαστές κινητής υποδιαστολής: Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Επεξεργαστές κινητής υποδιαστολής: - καλύπτουν μεγαλύτερο αριθμητικό εύρος από ότι οι αντίστοιχοι επεξεργαστές σταθερής υποδιαστολής - κατάλληλοι για επιστημονικούς υπολογισμούς ακριβείας Επεξεργαστές σταθερής υποδιαστολής: - Γρήγορη εκτέλεση προγράμματος - Φθηνότερη Υλοποίηση - Μικρότερη κατανάλωση ενέργειας 12 Μαρτίου 2009

Αρχιτεκτονική του TMS320C6713 DSK Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Αρχιτεκτονική του TMS320C6713 DSK USB C6713 CPU +5V Supply LEDs Mic In Line In Headphones Expansion JTAG Codec RAM Switches 12 Μαρτίου 2009

Αρχιτεκτονική του TMS320C6713 DSK Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Αρχιτεκτονική του TMS320C6713 DSK Σύνδεση σε προσωπικό υπολογιστή μέσω USB Στερεοφωνικές είσοδοι ήχου για σύνδεση με συσκευές ήχου (CD player, μικρόφωνο) Στερεοφωνικές έξοδοι ήχου (για σύνδεση π.χ. με ηχεία, ακουστικά) Διακόπτες εισόδου με επιλογή έως 16 διαφορετικών ρυθμίσεων 4 LED για ένδειξη καταστάσεων λειτουργίας 12 Μαρτίου 2009

Τυπική εγκατάσταση-σύνδεση του C6713 DSK Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Τυπική εγκατάσταση-σύνδεση του C6713 DSK USB to PC to +5V Headphones Microphone 12 Μαρτίου 2009

Γενικά χαρακτηριστικά του TMS320C6713 DSK Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Γενικά χαρακτηριστικά του TMS320C6713 DSK TMDSDSK6713-0E DSP Board FLOATING POINT C6713TM 255MHz DSP 16-bit stereo codec (stereo in & out) Four 3.5 millimeter audio jacks 512K non-volatile Flash memory 16MB SDRAM HPI, McASP & I2C interface header emulation On-board standard JTAG interface Plug and play JTAG support via USB connectors +5-volt universal power supply Expansion port for plug-in modules Hardware 12 Μαρτίου 2009

Μπλοκ διάγραμμα της σειράς C6000 Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Μπλοκ διάγραμμα της σειράς C6000 12 Μαρτίου 2009

Κεντρική μονάδα επεξεργασίας των DSP C6000 Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Κεντρική μονάδα επεξεργασίας των DSP C6000 Η καρδιά των C6000 DSP είναι η κεντρική μονάδα επεξεργασίας (CPU core) Όλοι οι υπολογισμοί γίνονται στην CPU 12 Μαρτίου 2009

Δίαυλοι δεδομένων στα C67x DSP Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Δίαυλοι δεδομένων στα C67x DSP Η CPU των C67x DSP χωρίζεται σε 2 παράλληλα τμήματα, τον Δίαυλο δεδομένων Α και τον Δίαυλο δεδομένων Β Είναι στερεοφωνική Με αυτήν την αρχιτεκτονική είναι δυνατή η επεξεργασία του αριστερού και του δεξιού καναλιού ενός σήματος ήχου ταυτόχρονα 12 Μαρτίου 2009

Δίαυλοι δεδομένων στα C64x DSP Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Δίαυλοι δεδομένων στα C64x DSP H CPU των C64x DSP έχει παρόμοια αρχιτεκτονική Διαύλων δεδομένων με αυτή των C67x, αλλά με ένα έξτρα σετ 32 καταχωρητών Ξεπερνά έτσι ορισμένους περιορισμούς στη χρήση καταχωρητών που αντιμετωπίζονται στους C67x DSP 12 Μαρτίου 2009

Μονάδες (Units) της CPU Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Μονάδες (Units) της CPU Εντός της CPU υπάρχουν 4 μονάδες ανά δίαυλο δεδομένων: - Μονάδα L: χρησιμοποιείται για λογικές πράξεις (AND, OR, κ.λ.π.) - Μονάδα Μ: χρησιμοποιείται για εκτέλεση πολλαπλασιασμών - Μονάδα S: χρησιμοποιείται για ολισθήσεις (shifts) - Μονάδα D: χρησιμοποιείται για μεταφορά δεδομένων Οποιαδήποτε στιγμή μπορεί να εκτελεστεί μια πράξη/διαδικασία σε καθεμία από τις L, M, S και D μονάδες Αυτό συνεπάγεται ότι ο επεξεργαστής μπορεί να εκτελεί μέχρι 8 πράξεις/διαδικασίες ταυτόχρονα 12 Μαρτίου 2009

Οι πράξεις εντός των C6000 DSP εκτελούνται σε 2 γκρουπ των 16 Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Καταχωρητές των C6000 DSP Οι πράξεις εντός των C6000 DSP εκτελούνται σε 2 γκρουπ των 16 καταχωρητών (Α0-Α15, Β0-Β15) Ο C67x DSP περιέχει 2 σετ των 16 32-bit καταχωρητών Ο C64x DSP περιέχει ένα έξτρα σετ 32 καταχωρητών 12 Μαρτίου 2009

Μήκος δεδομένων σταθερής υποδιαστολής Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Μήκος δεδομένων σταθερής υποδιαστολής Ένας 32-bit καταχωρητής μπορεί να αποθηκεύσει μια τιμή σταθερής υποδιαστολής μεταξύ -2147483648 και 2147483647 Μπορούμε να αποθηκεύσουμε δεδομένα 16-bit, 20-bit ή 24-bit σε έναν καταχωρητή των 32-bit, όπως δεδομένα ήχου Όταν μετατρέπουμε από 16-bit σε 32-bit: -1 = 0xFFFF(Q15) -1 = 0xFFFF FFFF (Q31) 12 Μαρτίου 2009

Μήκος δεδομένων κινητής υποδιαστολής Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Μήκος δεδομένων κινητής υποδιαστολής Ορίζεται ο τύπος single precision ή “single” ο οποίος αποθηκεύεται σε έναν καταχωρητή 32-bit Ορίζεται ο τύπος double precision ή “double” ο οποίος αποθηκεύεται σε δύο καταχωρητές των 32-bit 12 Μαρτίου 2009

Διεπιφάνειες (interfaces) των C6000 DSP Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Διεπιφάνειες (interfaces) των C6000 DSP 12 Μαρτίου 2009

External Memory Interface (EMIF) Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας External Memory Interface (EMIF) Οι C6000 DSP περιλαμβάνουν περιορισμένης χωρητικότητας μνήμη (RAM) εντός του ολοκληρωμένου κυκλώματος (on chip). H διεπιφάνεια EMIF επιτρέπει την πρόσβαση σε εξωτερική μνήμη (RAM) 12 Μαρτίου 2009

Direct Memory Access (DMA) Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Direct Memory Access (DMA) Η διεπιφάνεια DMA παρέχει μια αποτελεσματική μέθοδο μεταφοράς δεδομένων χωρίς τη χρήση της CPU. Είναι εξαιρετικά χρήσιμη για τη μεταφορά μεγάλων μπλοκ δεδομένων όπως βίντεο και ήχου. Χωρίς τη χρήση DMA κάθε μεταφορά δεδομένων την διαχειρίζεται η CPU Με τη χρήση της DMA οι τιμές των δεδομένων μεταφέρονται απευθείας στη μνήμη. Αυτό επιτρέπει στη CPU να χρησιμοποιήσει τους πόρους της σε άλλες εργασίες. 12 Μαρτίου 2009

Multi-channel Buffered Serial Peripheral (McBSP) Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Multi-channel Buffered Serial Peripheral (McBSP) Οι διεπιφάνειες McBSP είναι απλές σειριακές διεπιφάνειες Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως απλές διεπιφάνειες και συγκεκριμένα για επικοινωνία με ADCs/DACs ήχου Η μεταφορά δεδομένων ξεκινά με έναν παλμό στην γραμμή Frame Select (FS) Η McBSP είναι υλοποιημένη ως υλικό, οπότε όταν η μεταφορά δεδομένων ξεκινήσει, δεν χρειάζεται οποιαδήποτε άλλη παρέμβαση της CPU 12 Μαρτίου 2009

Οι C6000 DSP περιέχουν 2 32-bit timers/counters οι οποίοι μπορούν: Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Timers Οι C6000 DSP περιέχουν 2 32-bit timers/counters οι οποίοι μπορούν: Να μεταφέρουν δεδομένα σε τακτά χρονικά διαστήματα Να δημιουργήσουν φυσικές εξόδους (TOUT pin) για την εκκίνηση κάποιας διαδικασίας Να μετρήσουν τον χρονισμό εξωτερικών γεγονότων μέσω μιας φυσικής εισόδου (TINP pin) 12 Μαρτίου 2009

Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Interrupts Η CPU των C6000 DSP διαθέτει διαφόρων ειδών interrupts με τα οποία μπορεί να λαμβάνει ή να στέλνει δεδομένα ενώ εκτελεί κάποια άλλη εργασία 12 Μαρτίου 2009

Πώς λειτουργούν τα interrupts; Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Πώς λειτουργούν τα interrupts; Ένα καθημερινό παράδειγμα ενός interrupt είναι το τηλέφωνο Φανταστείτε ότι εργάζεστε σε ένα γραφείο - Χτυπά το τηλέφωνο - Επιλέγετε να απαντήσετε στο τηλέφωνο - Κατόπιν συνεχίζετε με την εργασία σας Σύντομη τηλεφωνική συνδιάλεξη -> μικρή καθυστέρηση στην εργασία Παρατεταμένη τηλεφωνική συνδιάλεξη -> η εργασία μπορεί να βγει εκτός προγράμματος 12 Μαρτίου 2009

Προτεραιότητα στα interrupts Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Προτεραιότητα στα interrupts Στον πραγματικό κόσμο θα υπάρχουν διαφόρων ειδών interrupts π.χ. τηλέφωνο, fax, e-mail, pager, επισκέπτες Μπορείτε όμως να κάνετε ένα μόνο πράγμα κάθε φορά Επομένως τα interrupts πρέπει να έχουν ένα επίπεδο προτεραιότητας (priority level): -Σημαντικές εργασίες -> υψηλή προτεραιότητα π.χ. κλήσεις πελατών -Λιγότερο σημαντικές εργασίες -> χαμηλή προτεραιότητα π.χ. junk e-mails 12 Μαρτίου 2009

Προτεραιότητα στα interrupts Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Προτεραιότητα στα interrupts Για την CPU ένα interrupt είναι ένα συμβάν το οποίο αυτόματα προκαλεί την εκκίνηση μιας διεργασίας διακόπτοντας πρώτα την εκτέλεση κάποιας άλλης Το Reset έχει την υψηλότερη προτεραιότητα. Είναι το αντίστοιχο του ‘Ctl-Alt-Del’ σε έναν προσωπικό υπολογιστή Το NMI (non-maskable interrupt) έχει την αμέσως υψηλότερη προτεραιότητα. Χρησιμοποιείται για τα ‘emergency shutdowns’ Το McBSP που χρησιμοποιείται για διάβασμα δεδομένων από τους ADC/DAC έχει την χαμηλότερη προτεραιότητα 12 Μαρτίου 2009

Επιμέλεια: Κων/νος Γ. Αγγελόπουλος, ΕΕΔΙΠ ΙΙ Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου Σχολή Θετικών Επιστημών και Τεχνολογίας Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Επεξεργασίας Σήματος και Εικόνας Παραπομπές Η παρουσίαση αυτή βασίζεται σε υλικό από το University Program της Texas Instruments. Οι παρακάτω οδηγοί είναι διαθέσιμοι στο site της Texas Instruments - www.ti.com: SPRU189. TMS320C6000 DSP CPU and Instruction Set Reference. SPRU 190. TMS320C6000 DSP Peripherals Overview Reference Guide. SPRU582. TMS320C6000 DSP 32-bit Timer Reference Guide. SPRU646. TMS320C6000 DSP Interrupt Selector Reference Guide. Επιμέλεια: Κων/νος Γ. Αγγελόπουλος, ΕΕΔΙΠ ΙΙ 12 Μαρτίου 2009