디지털 신호 처리 애플리케이션을 위한 마이크로컨트롤러 주변기기를 선택하는 방법

이 기사에서는 DSP 기능과 관련하여 생각할 때 특히 중요한 마이크로컨트롤러 기능 및 특성에 대한 논의를 계속합니다.

이 기사에서는 DSP 기능 측면에서 생각할 때 특히 중요한 마이크로컨트롤러 기능 및 특성에 대해 계속해서 설명합니다.

마이크로컨트롤러는 디지털 신호 처리를 웨어러블, 의료 기기, 오디오 장비 및 기타 다양한 제품과 시스템에 통합하는 편리하고 비용 효율적인 수단이 될 수 있습니다. 그러나 마이크로컨트롤러는 주로 사물을 제어하도록 설계되었기 때문에 MCU가 효과적인 신호 프로세서가 되기를 원한다면 신중하게 선택해야 합니다.

이전 기사에서는 CPU 특성, 즉 비트 폭, 클록 주파수, 명령어당 클록 주기 및 부동 소수점 기능에 중점을 두었습니다. 이 기사에서는 마이크로컨트롤러를 DSP 기능에 더 적합하게 만드는 주변 장치 모듈과 기능을 살펴보겠습니다.

프로세서 지원

일부 하드웨어 모듈은 CPU와 타이머 및 비교기와 같은 일반적인 주변 장치 사이의 중간 지점을 차지합니다. 일반적인 예는 하드웨어 승수입니다.

하드웨어 곱셈

하드웨어 승수는 실시간 DSP 시스템에서 성공과 실패의 차이를 의미할 수 있는 일종의 기능입니다. 디지털 필터링 및 스펙트럼 분석과 같은 중요한 DSP 애플리케이션은 수많은 곱셈 연산을 필요로 하며, 이는 합리적인 시간(사용자의 관점에서) 결과를 생성할 수 있을 만큼 충분히 빠르게 수행되어야 합니다. —외부 시스템에서 데이터가 도착하는 속도와 같거나 더 빠른 속도로.

이 FIR 필터 구조의 삼각형은 곱셈 연산을 나타냅니다.

마이크로컨트롤러 애플리케이션의 대부분은 고급 곱셈 기능을 필요로 하지 않기 때문에 프로세서 코어 자체에 곱셈기를 통합하는 것은 일반적으로 이치에 맞지 않습니다. 그러면 하드웨어 승수는 CPU에서 데이터를 수신하고 고효율 곱셈을 수행한 다음 결과 데이터를 CPU에서 사용할 수 있도록 하는 보조 모듈입니다.

하드웨어 승수는 실제로 단순한 곱셈 이상입니다. DSP 루틴은 종종 곱셈 및 누산(MAC)으로 알려진 프로세스를 필요로 합니다. 이 프로세스에는 (당신이 짐작할 수 있듯이) 반복적으로 숫자를 곱하고 곱셈 연산의 결과를 더하거나 누적하는 작업이 포함됩니다. 하드웨어 MAC 모듈은 DSP 성능 향상을 위해 훨씬 더 많은 가능성을 제공합니다.

MAXQ615에 통합된 하드웨어 곱셈기는 Maxim의 작고 저렴한 마이크로컨트롤러로 부호 있는 16비트 곱셈, 16비트 곱셈 및 누산, 16비트 곱하기 및 빼기.

직접 메모리 액세스(DMA)

저는 디지털화된 기저대역 신호에 대한 디코딩 알고리즘을 신속하게 수행해야 하는 소프트웨어 정의 라디오에서 작업할 때 DMA에 대해 처음 배웠고, 그 경험은 시간에 민감한 디지털 신호 처리에서 DMA의 가치에 영구적인 인상을 남겼습니다.

DMA 장치는 본질적으로 데이터 이동이라는 하나의 작업이 있는 별도의 프로세서입니다. 이 작업은 간단하므로 DMA 기능을 프로젝트에 통합해도 복잡성이 심각하게 증가하지 않으며 CPU가 메모리와 주변 장치 간에 데이터를 섞는 대신 숫자를 처리하는 데 집중할 수 있기 때문에 시스템의 DSP 성능이 크게 향상됩니다. 응용 프로그램에 계산 집약적인 실시간 DSP가 필요한 경우 DMA 컨트롤러가 MCU 기능에 특히 중요한 추가 기능이 될 수 있습니다.

SAM4S 마이크로컨트롤러(Atmel에서)의 DMA 컨트롤러를 사용하면 다음 데이터 포인트를 DAC로 보내기 위해 CPU를 지속적으로 방해하지 않고 이 사인파형을 생성할 수 있습니다.

커뮤니케이션

디지털 신호 처리에는 프로세서뿐만 아니라 처리할 디지털 데이터도 필요합니다. 대부분의 경우 이 디지털 데이터는 마이크로컨트롤러 외부에서 발생하며 이는 데이터 전송이 DSP 체인에서 중요한 링크임을 의미합니다.

병렬 데이터 전송

병렬 인터페이스는 적어도 이론상으로는 단순하기 때문에 좋아하지만 생각보다 덜 일반적입니다. 8비트 또는 16비트를 동시에 전송하는 것이 한 번에 1비트를 전송하는 것보다 훨씬 효율적으로 보이지만 직렬 인터페이스는 고속 시스템에서도 널리 사용됩니다. 병렬 데이터 전송이 시스템의 옵션이고 시도해 보려면 "외부 메모리 인터페이스"(EMI 또는 EMIF), "외부 버스 인터페이스"(EBI) 또는 이러한 라인을 따라 무언가가 있는 마이크로 컨트롤러를 찾으십시오. .

직렬 데이터 전송

나 ² C는 고속 인터페이스가 아니며 표준 UART는 낮거나 중간 정도의 데이터 속도에 사용되는 경향이 있습니다. 높은 최대 클록 속도를 알리고 수신기와 송신기 간의 동기화를 위해 추가 신호를 사용하는 주변 장치를 찾으십시오(이렇게 하면 데이터 신호가 실제 데이터 전송에만 사용되도록 함).

나는 "USART"가 내가 설명하는 직렬 통신 모듈 종류에 대한 상당히 표준적인 약어라고 믿습니다("S"는 "동기식"을 나타냄). 기본적으로 여기에서 내가 추천하는 것은 TI의 "다중 채널 버퍼 직렬 포트"에 해당하는 마이크로 컨트롤러입니다. 약어 McBSP(mic-BSP , 모듈이 아일랜드에서 온 것처럼)는 내 기억에 남아 있으며 고속 직렬 데이터 전송과 영원히 내 마음에 연관될 것입니다....

오류 확인

강력한 오류 감지가 필요한 애플리케이션은 하드웨어 CRC 모듈의 이점을 누릴 수 있습니다.

이것은 Silicon Labs의 EFM8 Laser Bee 마이크로컨트롤러에 통합된 하드웨어 CRC 모듈의 다이어그램입니다. 일련의 바이트를 입력하면 표준 CRC 다항식을 사용하여 16비트 결과를 생성합니다.

결론

많은 저강도 및 중강도 DSP 애플리케이션에서 마이크로컨트롤러가 디지털 신호 프로세서보다 선호된다고 생각합니다. 이 기사가 귀하의 프로젝트에 필요한 DSP 작업을 안정적으로 수행할 수 있는 마이크로컨트롤러를 식별하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

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