بررس ي DSP ها ي Texas Instruments

1. بررسيDSP هايTexas Instruments استاد درس : دکتر مهدي فخرايي ارائه دهنده : فرهاد رف رف بهار ٨٩ سمينار درس پياده سازي اختصاصي سيستم هايDSP مطالب اين سمينار از مراجع مذکور در انتهاي آن اقتباس شده است

2. رئوس مطالب • بررسي خانواده TMS320 • معرفي اجمالي خانواده OMAP • کاربردها در تلفن هاي همراه • بررسي سيستم هاي اعشاري • پياده سازي FFT مميز شناور روي پردازنده مميز ثابت TMS320C55

3. پردازنده هاي Texas Instruments TMS320 • خانواده هاي اصلي: • سري C2000 • C240x : مميز ثابت • C28xx : مميز ثابت • سري C5000 • C54xx : مميز ثابت • C55xx : مميز ثابت • سري C6000 • C62xx : مميز ثابت • C64xx : مميز ثابت • C67xx : مميز شناور

4. پردازنده هاي Texas Instruments TMS320 • C28XX: • فرکانس کاري 135 تا 150 مگاهرتز • قابليت دوبار خواندن و يک بار نوشتن در حافظه در هر سيکل • بدون واحد Cache • يک واحد ALU • مبدل آنالوگ به ديجيتال 12 بيتي • مولد شکل موج PWM • حافظه Flash داخلي • سيستم محاسباتي مميز ثابت

5. پردازنده هاي Texas Instruments TMS320 • C55xx: • فرکانس کاري 160 تا 200 مگاهرتز • قابليت سه بار خواندن و دو بار نوشتن در حافظه در هر سيکل • Cacheيک سطحي • دو واحد MAC با قابليت ضرب 17bit x 17bit در هر سيکل • ALU اصلي40 بيتي +ALU کمک 16 بيتي • واحد EMIF براي دسترسي به حافظه خارجي • قابليت افزودن سخت افزار اختصاصي براي شتاب دهي به عمليات • تک هسته اي (ترکيب با ARM9 و ARM11 در خانواده OMAP) • سيستم محاسباتي مميز ثابت

6. پردازنده هاي Texas Instruments TMS320 • C67xx: • فرکانس کاري 350 مگاهرتز • قابليت اجراي موازي هشت دستور در هر سيکل • Cacheيک سطحي • سوئيچ Crossbar با کارايي بالا • واحد EMIF براي دسترسي به حافظه خارجي • 16 پورت سريال صوتي استريو • تک هسته اي (ترکيب با ARM9 در خانواده OMAP) • سيستم محاسباتي مميز شناور

7. پردازنده هاي Texas Instruments OMAP • OMAP : • پردازنده هاي بزرگ با امکانات زياد براي کاربردهاي چند رسانه اي سيار • توان مصرفي بسيار کم • چند هسته اي، متشکل از پردازنده عام منظوره ARM و DSP هاي سريTMS320 (اغلب C55 و C64) و شتاب دهنده هاي PowerVR • استفاده گسترده در تلفن هاي همراه • Nokia : N90, N91, N92, N95, N82, E61, E62, E63, E90, N900 • Sony Ericsson Satio • Samsung OMNIA HD

8. پردازنده هاي Texas Instruments OMAP • کاربردهاي خاص در تلفن هاي هوشمند: • همزمان سازي صدا و تصوير در ارتباط تصويري با پروتکل RTP[1] • شناسايي موثر اشياء در تصوير و جستجوي شيء در بين عکس ها [2] , [3] • تشخيص يک وضعيت خاص در تصوير براي تعامل شخص سوژه با دوربين [4] • صفحه نمايش دوگانه با تفکيک پذيري بالا براي افزايش مساحت نمايش [5] • کاربردهاي طبي، نظير اندازه گيري مدت زمان QT[6]

9. پياده سازي FFT مميز شناور بلوکي در C55 • سيستم مميز ثابت: • محل قرار گرفتن مميز ثابت است • مقياس کردن مقادير بر عهده کاربر است • گستره ديناميک کوچک است • پياده سازي آن ساده است • سيستم مميز شناور: • محل قرار گرفتن مميز ثابت است، اما يک ضريب نيز وجود دارد • مقياس کردن مقادير به طور خودکار توسط سخت افزار انجام مي شود • گستره ديناميک بسيار بزرگ است • پياده سازي آن پيچيده و پر هزينه است

10. پياده سازي FFT مميز شناور بلوکي در C55 • مفهوم مميز شناور بلوکي: • بکارگيري ضريب مشترک براي مجموعه اي از مقادير • گستره ديناميکي مميز شناور • سادگي مميز ثابت [7]

11. پياده سازي FFT مميز شناور بلوکي در C55 • رشد تعداد بيت در هر طبقه FFT [7]

12. پياده سازي FFT مميز شناور بلوکي در C55 • بخش هاي حقيقي و موهوميA و B کوچکتر از يک • در طبقه اول : WN0=1 پس ضريب رشد حداکثر 2 است، معادل يک بيت رشد • در طبقه دوم : WN0=1 و WNN/4=-i پس حداکثر يک بيت رشد داريم [7]

13. پياده سازي FFT مميز شناور بلوکي در C55 • در طبقه سوم : • حداکثر رشد برابر 2.4142 است، معادل 2 بيت [7]

14. پياده سازي FFT مميز شناور بلوکي در C55 • مقياس کردن ورودي هاي طبقه اول و دوم: • کليه مقادير طبقه بايد يک بيت جاي رشد داشته باشند • کليه ورودي هاي طبقه بايد با ضريب يکسان طوري مقياس شوند که بزرگترين ورودي بين 4/1 و 2/1 باشد • مقياس کردن ورودي هاي طبقات سوم به بعد: • کليه مقادير طبقه بايد دو بيت جاي رشد داشته باشند • کليه ورودي هاي هر طبقه بايد با ضريب يکسان طوري مقياس شوند که بزرگترين ورودي بين 8/1 و 4/1 باشد • کليه ضرايب مقياس کردن ذخيره مي شوند تا ضريب بازسازي بلوک خروجي مشخص شود

15. پياده سازي FFT مميز شناور بلوکي در C55 • بلوک دياگرام پياده سازي مميز شناور بلوکي FFT [7]

16. پياده سازي FFT مميز شناور بلوکي در C55 • Exponent Encoder • سخت افزار اختصاصي براي محاسبه Exponent • منظور از Exponent تعداد شيفت هاي لازم در Accumulator براي حذف بيت هاي علامت زائد است • دستور EXP : • EXP AC0, T1 • Exponent مربوط به آکومولاتور AC0 را در رجيستر T1 ذخيره مي کند • اجراي آن يک سيکل طول مي کشد

17. پياده سازي FFT مميز شناور بلوکي در C55 • مقايسه SNR اين روش با روش هاي ديگر • در نمودار فوق، سيگنال، خروجي مميز شناور 32 بيتي MATLAB است و نويز، اختلاف اين مقدار با خروجي روش پياده سازي شده [7]

18. پياده سازي FFT مميز شناور بلوکي در C55 • مقايسه سرعت اين روش با روش هاي ديگر [7]

19. مراجع • [1] C. Kim, K. D. Seo, W. Sung, S. H. Jung, “Efficient Audio/Video Synchronization Method for Video Telephony System in Consumer Cellular Phones”, ICCE 2006 • [2] W. C. Chen, Y. Xiong, J. Gao, N. Gelfand, R. Grezeszczuk, “Efficient Extraction of Robust Image Features on Mobile Devices”, ISMAR 2007 • [3] H. Bay, A. Ess, T. Tuytelaars, L. V. Gool, “Speeded-Up Robust Features (SURF)”, 2008 Elsevier

20. مراجع • [4] A. Sapru, R. Lakkundi, N. Ahmed, “Gesture Recognition by Line Fitting Over Significant Pixels”, ISSPIT 2008 • [5] V. Lipovac, V. Majer, “Integrated Dual-Display-Based 3G Mobile Phone / Wireless Terminal”, CCNC 2009 • [6] E. Lim, X. Chen, C. Ho, Z. Tin, M. Sankaranarayanan, “Smart Phone-Based Automatic QT Interval Measurement”, Computers in Cardiology 2007

21. مراجع • [7] D. Elam, C. Lovescu, “A Block Floating Point Implementation for an N-Point FFT on the TMS320C55x DSP”, Texas Instruments Application Report, SPRA948, 2003 • [8] B. Venkataramani, M. Bhaskar, “Digital signal processors: architecture, programming and applications”, Tata McGraw-Hill, 2002