پایان نامه مطالعه و بررسی پردازنده های DSP و امکان سنجی یک سامانه حداقلی جهت کار با آنها

تعداد صفحات: ۱۰۲ | قابل ویرایش

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                       صفحه

فصل اول : مشخصات عمومی پردازنده های DSP ……………. ۱

۱-۱) تحلیل سیستم های DSP …………………………. 2

۱-۲) معماری پردازشگرهای دیجیتال …………………… ۷

۱-۳) مشخصات پردازشگرهای DSP……………………….. 11

۱-۴) بهبود کارایی پردازنده های DSP معمولی ………….. ۱۵

۱-۵) ساختار SIMD ………………………………… 16

فصل دوم : معرفی پردازنده های DSP و سخت افزار لازم جهت کار با آنها   ۲۰

۲-۱) مقدمه………………………………………. ۲۱

۲-۲) خانواده ی پردازنده های Texas Instrument ……………. 24

۲-۲-الف( خانواده ی TMS320C2000……………………… 29

۲-۲-ب ( سری C5000………………………………….. 31

۲-۲-ج( سری C6000………………………………….. 33

۲-۳) تجهیزات سخت افزاری جهت کار با پردازنده های دیجیتال ۳۸

۲-۳- الف( نحوه ی راه اندازی و تست اولیه بورد های DSK … 42

۲-۳-ب) EVM ……………………………………… 43

۲-۳-ج) DVEM …………………………………….. 44

۲-۳- د) بورد های TDK…………………………….. 45

۲-۴) خانواده ی پردازنده های  Motorola   یا به عبارتی Free scale. 49

۲-۴- الف) سری  DSP56000……………………………. 49

۲-۴-ب) سری DSP56100   ……………………………… ۴۹

۲-۵) خانواده ی پردازنده ی Analog Devices……………….. 53

۲-۵- الف) پردازنده های سری BLACFIN………………… 54

۲-۵- ب) پردازنده های سری SHARC……………………. 56

۲-۵- ج) پردازنده های سری Tiger SAHRC………………… 58

فصل سوم : معرفی نرم افزارهای DSP ………………….. ۶۰

۳-۱) مقدمه………………………………………. ۶۱

۳-۲) تقسیم بندی انواع نرم افزارهای DSP……………… 62

۳-۳) مقدمه ای بر ابزارهای توسعه یافته ی DSP…………. 63

۳-۳- الف) کامپایلر  C…………………………….. 64

۳-۳- ب) اسمبلر…………………………………… ۶۵

۳-۳- ج) پیوند دهنده………………………………. ۶۵

۳-۴) بقیه ابزارهای توسعه………………………….. ۶۷

۳-۵) نرم افزار Code Composer Studio ……………………. 68

۳-۶)نرم افزار های با محیط گرا فیکی برای نوشتن کد…….. ۷۴

فصل چهارم : کاربردهای پردازنده های DSP……………… ۷۶

۴-۱) کاربردهایی از رادار………………………….. ۷۸

۴-۲) آماده کردن سیگنال آنالوگ برای برقراری ارتباط از طریق یک کانال مخابراتی………………………………………… ۸۲

۴-۳) تحلیل سیگنال آنالوگ برای استفاده از شناسایی صدا در سیستم تلفن ۸۳

۴-۴) کاربرد  DSPدر پردازش سیگنال های زلزله ثبت شده در شبکه ملی لرزه نگاری ایران……………………………………… ۸۴

۴-۵) لنز به عنوان یک ابزار قدرتمند برای محاسبه تبدیل فوریه جهت پردازش سیگنال های دریافتی……………………………….. ۸۵

۴-۶) کاربرد پردازنده های DSP و تبدیل فوریه چند بعدی در تصویر برداری MRI…………………………………………….. 87

۴-۷) استفاده از پردازنده های DSP در تشخیص الگوی گاز….. ۸۸

۴-۸) کاربرد پردازنده های DSP در پردازش تصویر………… ۸۹

۴-۹) فیلترهای تطبیقی و نقش آنها در پردازش سیگنال های دیجیتال  ۸۹

۴-۱۰) توموگرافی………………………………….. ۹۰

۴-۱۱)کاربرد پردازنده های  DSPدر سیستم های قدرت و رله های حفاظتی     ۹۱

چکیده

دراین پایان نامه مراحل طراحی یک سیستم دیجیتال و کاربردهای آن شرح داده شده است. در فصل اول با مشخص کردن نیازهای هر سیستم پردازشگر دیجیتال و مشخصات پردازنده های DSP  لزوم استفاده از این نوع پردازنده ها، بیان شده است.

در فصل دوم به معرفی پردازنده های DSP و مقایسه آنها از جهات گوناگون پرداخته شده است و اجزای جانبی آنها برای تولید سیگنال های خارجی و ارتباط با محیط خارج مورد بررسی قرار گرفته است. پس از معرفی کارت های آموزشی و صنعتی با استفاده از مهندسی معکوس امکانات مورد نیاز برای طراحی یک سامانه حداقلی بیان شده است.

در فصل سوم با معرفی انواع نرم افزارهای پردازش سیگنال ها به صورت دیجیتال چگونگی یکپارچه کردن سیستم، به کمک دستورات پیوند دهنده شرح داده شده است که پس از این مرحله سیستم
آماده ی تحویل به مشتری است.

برای بیان پردازنده های DSP در زندگی روزمره ، چندین مثال از کاربردهای بیشمار پردازش دیجیتال در فصل چهارم آورده شده است. این کاربرد ها را می توان به دو دسته آنالیز/ فیلتر اطلاعات و فرآیندهای کنترلی تقسیم بندی کرد. بنابراین هر کاربرد به سخت افزار و نرم افزار خاصی نیاز دارد که در این مجموعه تا حدودی معرفی شده اند.

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.

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.

دسترسی موثر به حافظه

در واقع انجام عملیات ضرب به بیش از یک سیکل نیاز دارد چرا که علاوه بر دستورالعمل ضرب احتیاج به دسترسی به داده های مورد نیاز وجود دارد پردازنده های DSP امکان دسترسی وسیع تری به حافظه نسبت به پردازنده های همه منظوره دارند.

ضمن این که در پردازنده های نسل جدید امکان چند دسترسی به حافظه فراهم شده است و این پردازنده ها دارای  بانک های داده مجزا می باشند که هر یک از این بانک ها توسط یک مسیر خاص داده قابل دسترسی می باشند و می توان در یک سیکل در آن ها نوشت و یا از آن ها خواند.

چون حافظه مربوط به دستورالعمل ها (کدهای برنامه) و داده ها جدای از هم می باشند پردازنده می تواند در یک سیکل به طور موازی به هر دو دسترسی داشته باشد. در ضمن برای بهینه سازی بهتر، بانک های کوچکی از حافظه، از نوع RAM، نزدیک پردازنده قرار می گیرد که این بانک ها حافظه پنهان نام دارند.

وقتی یک گروه از دستورالعمل ها به صورت مداوم اجرا می شوند، مثلا در یک حلقه، بانک حاقظه پنهان با دستورالعمل های مربوط فوق پر می شود و مسیر مربوط به کدهای برنامه، برای واکشی کردن داده ها از حافظه استفاده می شود.

مسیرهای دسترسی به حافظه با پهنای بالا نیاز به حمایت واحدهای سخت افزاری خاصی دارند که برای تولید آدرس به کار می روند. این واحدها به طور موازی با واحد اصلی اجرای کدها کار می کنند و دسترسی به داده، در موقعیت جدید حافظه بدون اتلاف زمان جهت محاسبه آدرس جدید را قادر می سازد.

نمایش داده و دقت نمایش

بیشتر پردازنده های DSP از داده ها به صورت نقطه ثابت به جای نمایش نقطه شناور که اکثرا در کاربردهای مهندسی به کار می رود، استفاده می کنند. در فرمت نقطه ثابت نقطه باینری‌ (معادل با نقطه ممیز در عملیات ریاضی مبنای ۱۰) در مکان ثابتی در طول کلمه قرار گرفته است و این بر خلاف نمایش به فرم نقطه شناور است که در آن اعداد به کمک توان و مانتیس نمایش داده می شوند و نقطه باینری طبق ارزش توان تغییر می کند. نمایش نقطه ثابت نسبت به نمایش نقطه شناور ارزان تر بوده و توان کمتری نسبت به آنها ‌(در یک سرعت یکسان) مصرف می کنند.

پردازنده های نقطه شناور نیاز به سخت افزار اضافه تر و پیچیده تری برای تحقق یافتن ساختار خود دارند. اغلب پردازنده های نقطه ثابت از داده های به طول ۱۶ بیت استفاده می کنند که برای اکثر کاربردهای DSP مناسب می باشند. پردازنده های با طول ۲۰، ۲۴ یا ۳۲ بیت دقت بیشتری را فراهم می کنند.

مراجع

-[۱] مقدمه ای بر پردازش سیگنال های دیجیتال نرم افزار و سخت افزار، دکتر کمال محامد پور، موسسه انتشارات و چاپ دانشگاه تهران، سال چاپ ۱۳۸۴

-[۲] مرکز تحقیقات مخابرت ایران، ” بررسی پردازنده های DSP “، قابل دسترسی در سایت:  www.itrc.ac.ir/pdf/ Media Process.pdf

[۳]- Berkeley Design Technology, Inc.  “processor for consumer audio/video applications”, 2005

-[۴]س.م. محمدی تاکامی،  ” امکان سنجی سخت افزاری به منظور پیاده سازی سیستم تشخیص دهنده گاز”، آزمایشگاه اتوماسیون پیشرفته ی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی

[۵]- Prof. Lina Karam,” Real-Time Digital Signal Processing”, Avalible at: www.eas.asu.edu/~karam/realdsp/

[۶]- Texas Instruments, Inc. “DSP Selection Guide” , Literature no. ssdv004s, 2007

[۷]- Texas Instruments, Inc. “TMS320x2833x System Control and Interrupts Reference Guide” , Literature Number: SPRUFB0, September 2007.