Как выбрать периферийные устройства микроконтроллера для приложений цифровой обработки сигналов

В этой статье продолжается обсуждение функций и характеристик микроконтроллера, которые особенно важны, когда вы думаете о возможностях DSP.

В этой статье продолжается обсуждение функций и характеристик микроконтроллера, которые особенно важны, когда вы думаете о возможностях DSP.

Микроконтроллеры могут быть удобным и экономичным средством включения цифровой обработки сигналов в носимые устройства, медицинские устройства, звуковое оборудование и различные другие продукты и системы. Однако микроконтроллеры предназначены в первую очередь для (что неудивительно) управления вещами, поэтому, если мы хотим, чтобы микроконтроллер был эффективным сигнальным процессором, нам нужно тщательно выбирать.

Предыдущая статья была посвящена характеристикам ЦП, а именно разрядности, тактовой частоте, тактовым циклам на инструкцию и возможности работы с плавающей запятой. В этой статье мы рассмотрим периферийные модули и функции, которые делают микроконтроллер более подходящим для работы с DSP.

Поддержка процессора

Некоторые аппаратные модули занимают промежуточное положение между ЦП и типичными периферийными устройствами, такими как таймеры и компараторы. Типичный пример - аппаратный умножитель.

Аппаратное умножение

Аппаратный множитель - это своего рода функция, которая может означать разницу между успехом и неудачей в системе DSP реального времени. Важные приложения DSP, такие как цифровая фильтрация и спектральный анализ, требуют многочисленных операций умножения, и они должны выполняться достаточно быстро, чтобы получить результаты за разумный промежуток времени (с точки зрения пользователя) или - и именно тогда все может стать действительно сложной задачей. - со скоростью, которая равна или превышает скорость, с которой данные поступают из внешней системы.

Треугольники в этой структуре FIR-фильтра представляют собой операции умножения.

Поскольку большая часть приложений микроконтроллера не требует расширенных функций умножения, обычно нет смысла включать умножитель в само ядро ​​процессора. Таким образом, аппаратный умножитель является дополнительным модулем, который получает данные от ЦП, выполняет высокоэффективное умножение, а затем делает полученные данные доступными для ЦП.

Аппаратные умножители на самом деле выходят за рамки простого умножения. Процедуры DSP часто требуют процесса, известного как умножение и накопление (MAC), который (как вы, возможно, догадались) включает многократное умножение чисел и сложение или накопление результатов операций умножения. Аппаратный модуль MAC предлагает еще больше возможностей для повышения производительности DSP.

Аппаратный умножитель, встроенный в MAXQ615, небольшой и недорогой микроконтроллер от Maxim, выполняет знаковое и беззнаковое 16-битное умножение, 16-битное умножение и накопление и 16-битное умножение и вычитание.

Прямой доступ к памяти (DMA)

Я впервые узнал о DMA, когда работал над программно-определяемым радиомодулем, который должен был быстро выполнять алгоритм декодирования оцифрованных сигналов основной полосы частот, и этот опыт неизменно впечатлил меня ценность DMA в чувствительной ко времени цифровой обработке сигналов.>

Модуль DMA - это, по сути, отдельный процессор, у которого одна задача:перемещать данные. Эта задача проста, поэтому включение функции DMA в ваш проект серьезно не увеличит его сложность, а мощность DSP системы резко возрастет, потому что ЦП может сосредоточиться на обработке чисел вместо перетасовки данных между памятью и периферийными устройствами. Если вашему приложению требуется DSP с интенсивными вычислениями в реальном времени, контроллер DMA может стать особенно ценным дополнением к возможностям вашего MCU.

Контроллер DMA на микроконтроллере SAM4S (от Atmel) позволил мне сгенерировать эту синусоиду, не приставая постоянно к ЦП, чтобы отправить следующую точку данных в ЦАП.

Общение

Для цифровой обработки сигналов требуется не только процессор, но и цифровые данные. В большинстве случаев эти цифровые данные поступают за пределы микроконтроллера, а это означает, что передача данных является важным звеном в цепочке DSP.

Параллельная передача данных

Мне нравятся параллельные интерфейсы, потому что они просты, по крайней мере, теоретически, но встречаются реже, чем вы думаете. Одновременная передача восьми или даже шестнадцати битов кажется намного более эффективной, чем передача одного бита за раз, но последовательные интерфейсы широко используются даже в высокоскоростных системах. Если в вашей системе возможна параллельная передача данных и вы хотите попробовать, поищите микроконтроллер с «интерфейсом внешней памяти» (EMI или EMIF), «интерфейсом внешней шины» (EBI) или чем-то в этом роде. .

Последовательная передача данных

Я ² C не является высокоскоростным интерфейсом, и стандартный UART обычно используется для низких или средних скоростей передачи данных. Ищите периферийные устройства, которые рекламируют высокие максимальные тактовые частоты и используют дополнительный сигнал для синхронизации между приемником и передатчиком (это позволяет полностью посвятить сигнал данных фактической передаче данных).

Я считаю, что «USART» - довольно стандартное сокращение для того типа модуля последовательной связи, который я описываю («S» означает «синхронный»). В основном я рекомендую микроконтроллер, эквивалентный «многоканальному буферизированному последовательному порту» компании TI - аббревиатуре McBSP (произносится как mic-BSP , как будто модуль из Ирландии) застрял в моей памяти и будет навсегда ассоциироваться в моем сознании с высокоскоростной последовательной передачей данных ....

Проверка ошибок

Приложения, которым требуется надежное обнаружение ошибок, могут извлечь выгоду из аппаратного модуля CRC.

Это схема аппаратного модуля CRC, интегрированного в микроконтроллер EFM8 Laser Bee от Silicon Labs. Вы передаете ему последовательность байтов, и он использует стандартный полином CRC для генерации 16-битного результата.

Заключение

Я действительно считаю, что микроконтроллеры предпочтительнее процессоров цифровых сигналов во многих приложениях DSP низкой и средней интенсивности, и я надеюсь, что эта статья поможет вам определить микроконтроллеры, которые могут надежно выполнять задачи DSP, которые требуются вашим проектам.>

Предыдущие статьи из серии "Введение в микроконтроллеры":

• Что такое микроконтроллер? Введение в центральный компонент бесчисленных электронных устройств.
• Как выбрать правильный микроконтроллер для вашего приложения
• Как читать техническое описание микроконтроллера:введение и первые шаги
• Как читать техническое описание микроконтроллера:изучение оборудования