Проектирование устройств на сигнальных процессорах: Учебное пособие (Проектирование цифровых устройств аппаратуры связи на ЦСП семейства ADSP-21xx), страница 3

Вопросы проектирования будут рассматриваться на примере использования ЦСП семейства ADSP-218x. Они отличаются высоким быстродействием: при тактовой частоте 50 МГц и более на выполнение одной инструкции затрачивается 20 нс и менее, так что производительность ЦСП составляет 50 mips (миллионов инструкций в секунду) и более. Это позволяет использовать ЦСП в технике связи для обработки сигналов и для управления процессами передачи и коммутации потоков информации

В широком смысле назначение ЭВМ состоит в переработке информации (данных) в соответствии с заданным алгоритмом (программой). ЭВМ, взаимодействуя с внешним миром, получает информацию, перерабатывает её и выдаёт обратно (рисунок  2.1). Взаимодействие обеспечивает интерфейс (буквально, - лицо, стык, общая граница) – это совокупность каналов ввода/вывода, промежуточных преобразователей и программных средств.

Рисунок 2.1 — ЭВМ как преобразователь информации

В процессе выполнения программы обработки данных ЦСП нуждается в обмене данными с внешними или периферийными устройствами. Эту роль выполняют порты – интерфейсные устройства ввода/вывода (ИУВВ).

Находят применение 3 способа обмена:

·  программно-управляемый обмен, когда инициатором обмена выступает процессор;

·  обмен по прерыванию, когда инициатором обмена является периферийное устройство. При этом выполнение программы на время прерывается, а после обмена возобновляется.

·  обмен с прямым доступом к памяти. Применяется для ускоренного обмена большими массивами данных между памятью и внешним устройством.

Остановимся только на программно-управляемом обмене, поскольку для устройства, выполняющего одну задачу, этого обычно достаточно. В состав ЦСП  параллельные порты обычно не входят, так как это привело бы к резкому увеличению числа выводов БИС. Приходится организовывать ИУВВ путём подключения к ЦСП адресуемых буферных регистров.

Рассмотрим на примерах АЦП и ЦАП принципы построения ИУВВ как параллельных портов с встроенными в них буферными регистрами. ЦСП  работает с частотой более 10 МГц, а время цикла составляет менее 100 нс. Возникает задача ввести в ЦСП информацию извне в то короткое время, когда это необходимо для работы программы, и вывести из ЦСП в нужный момент кратковременно существующую информацию. Иметь дело с недолго  существующей информацией крайне неудобно.

Интерфейсное устройство ввода (ИУВв) подготавливает входную информацию к вводу в ЦСП. Типичная структура ИУВв показана на рисунке 2.2. Аналоговая информация  о какой-либо физической величине (обычно это напряжение) преобразуется в цифровой код. Цифровые отсчёты вырабатываются  с частотой f_Д, подаваемой от внешнего источника. Эта частота используется и для записи цифровой информации в регистр, где она сохраняется, регулярно обновляясь. Ввод информации в ЦСП через шину данных происходит в момент подачи сигнала выбора порта, а его появление соответствует выполнению команды ввода в исполняемой программе. За счёт свойств регистра происходит увеличение времени существования цифрового отсчёта, что упрощает задачу его ввода в ЦСП в нужный момент. Таким образом, порт ввода преобразует  входные сигналы, существующие в течение периода дискретизации, в короткие сигналы, возникающие на шине данных ЦСП в том самом цикле, когда это требуется для выполняемой программы.

Рисунок 2.2 — Параллельный порт ввода

Интерфейсное устройство вывода (ИУВыв) предназначено для преобразования выводимой из ЦСП информации в более удобную для пользователя форму. Типичная структура ИУВыв показана на рисунке 2.3. Выводимая информация существует на шине данных ЦСП в течение одного цикла (доли мкс). Для превращения её в длительно существующие отсчёты сигнала  используют регистр. По команде вывода, одновременно с возникновением выходных сигналов на шине данных, ЦСП вырабатывает сигнал выбора порта, с участием которого производится запись данных в регистр. При необходимости, в состав порта вводят преобразователь цифрового кода в аналоговый сигнал. Таким образом, порт вывода преобразует информацию, существующую в ЦСП на одном из шагов выполнения программы, в длительно существующую выходную информацию, которую удобно использовать далее.