Adsp-TS101芯片介紹及其在雷達(dá)信號(hào)處理方面的應(yīng)用
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Adsp-TS101性能比ADSP21160有顯著提高,且與之兼容,使得以ADSP21160開發(fā)的產(chǎn)品升級(jí)快速、簡捷。Adsp-TS101是64位處理器,工作在250 MHz時(shí)鐘下,可進(jìn)行32位定點(diǎn)和32位或40位浮點(diǎn)運(yùn)算,提供最高1500 MFLOPS(Millions of floating-pointoperations per second,每秒執(zhí)行百萬次浮點(diǎn)操作)的運(yùn)算能力;內(nèi)部具有6 M位雙口 SRAM,同時(shí)集成了I/O處理器,加上內(nèi)部總線,消除了I/O瓶頸。此外,Adsp-TS101適宜多處理器結(jié)構(gòu),內(nèi)部集成總線仲裁,通過鏈路(1ink)12I和外部(external)口可支持并行處理器,而不需任何附加邏輯電路,每一個(gè)處理器可直接讀寫任何一個(gè)并行處理器的內(nèi)存。本文簡要介紹其性能、應(yīng)用特點(diǎn)及芯片內(nèi)部的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能框圖,給出Adsp-TS101的一種典型應(yīng)用,并說明DSP的電源供電和功耗的計(jì)算方法。
1 Adsp-TS101的主要性能
Adsp-TS101的主要性能如下:
采用TigerSHARC結(jié)構(gòu),具有3條獨(dú)立總線用于取指令、取數(shù)據(jù)、不間斷I/O;
指令周期4 ns,工作時(shí)鐘250 MHz;
單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)提供兩個(gè)運(yùn)算單元,每個(gè)有一個(gè)算術(shù)邏輯單元、乘法器、移位器、寄存器組,可同時(shí)在兩個(gè)運(yùn)算單元上進(jìn)行同一指令下對(duì)不同數(shù)據(jù)的32位操作;
提供最大1 500 MFLOPS運(yùn)算能力;
片內(nèi)6 M位雙口SRAM,允許CPU、Host和DMA的獨(dú)立存取;
有14個(gè)DMA通道,可進(jìn)行內(nèi)存和外存、外設(shè)、主處理器、串(serial)口、鏈路(1ink)口之間的數(shù)據(jù)傳輸;
有2個(gè)數(shù)據(jù)地址發(fā)生器(IALU),允許取模和按位取反操作;
片內(nèi)集成I/0處理器、6 M位雙口 SRAM,具有串行、連接、外部總線和JTAG測試口,支持多處理器結(jié)構(gòu);
并行總線和多運(yùn)算單元,使單周期可執(zhí)行1次算術(shù)邏輯運(yùn)算、1次乘法、1次雙口SRAM的讀或?qū)?,以?次取指操作,CPU與內(nèi)存之間可進(jìn)行每周期4個(gè)32位浮點(diǎn)字的傳輸;
簇式多處理器最高可支持8個(gè)TigerSHARC Adsp-TS101。
Adsp-TS101性能測試如表1、2所列。
2 Adsp-TS101的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖和功能簡介
圖1為ADSP一TSl01的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。由圖可見,Adsp-TS101包括PEX、PEY兩個(gè)運(yùn)算單元,每一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算有一個(gè)算術(shù)邏輯單元、乘法器、移位器、32字寄存器組。另外,算術(shù)邏輯單元、乘法器、移位器為并行排列,可進(jìn)行單周期多功能操作,如在同一機(jī)器周期中算術(shù)邏輯單元和乘法器可同時(shí)進(jìn)行操作。
當(dāng)數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器和寄存器之間傳遞時(shí),IALU提供存儲(chǔ)器的地址。每個(gè)IALU有一個(gè)算術(shù)邏輯單元、32字寄存器組。
程序控制器包括指令隊(duì)列緩沖器(IAB)和分支目標(biāo)緩沖器(BTB)。Adsp-TS101既有4個(gè)外部中斷IRQ3~O,也有內(nèi)部中斷。
3條128位總線提供高的寬帶連接。每個(gè)總線允許每個(gè)周期4條指令或4隊(duì)列數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。外部口和其他鏈路口的片上單元也用這些總線訪問存儲(chǔ)器。在每個(gè)周期僅能訪問一個(gè)存儲(chǔ)器塊,故DMA或外部口傳輸與處理器核在訪問同一塊時(shí)必須進(jìn)行競爭。
片內(nèi)6 M位SRAM,分為3個(gè)(M0、M1、M2)128位寬的2 M位的塊,可組合構(gòu)成數(shù)據(jù)、程序存儲(chǔ)器,每個(gè)SRAM與兩個(gè)總線相連,允許單周期內(nèi)完成和CPU之間4個(gè)數(shù)的傳輸。
外部口支持與片外存儲(chǔ)器、主機(jī)(host)及8片Adsp-TS101的多處理器接口。外部口支持同步、異步及突發(fā)式存取。
Adsp-TS101提供了4個(gè)鏈路口,每個(gè)鏈路口是8位雙向口,與SHARC DSP口不兼容。
DMA控制器支持獨(dú)立于處理器的后臺(tái)零等待數(shù)據(jù)傳輸。14個(gè)DMA通道分別與外部口(4)、鏈路(1ink)口(8),autoDMA寄存器(2)相連,外部總線可采用8/16/32/64位字長進(jìn)行DMA操作。此外還有JTAG測試口及片內(nèi)仿真。
串口支持250 Mb/s的收發(fā)獨(dú)立的同步傳輸。
具有IEEE JTAG標(biāo)準(zhǔn)1149.1測試口和片內(nèi)仿真。
27 mm×27 mm或19 mm×19 mm PBGA封裝。
內(nèi)部ADD1.2 V,外部ADD3.3 V。
3 Adsp-TS101的典型應(yīng)用
根據(jù)ADSP-TS101的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),給出Adsp-TS101在雷達(dá)信號(hào)處理方面的典型應(yīng)用,如圖2所示。信號(hào)處理機(jī)主要由以下幾部分組成。
?、?運(yùn)放及A/D。DPMCW接收機(jī)視頻輸出信號(hào)幅度為O~+4 V,經(jīng)運(yùn)放接收后,輸出到A/D的模擬輸入端。運(yùn)放及A/D分為I、Q兩路輸入,以32位定點(diǎn)數(shù)同時(shí)采集到DSP1,在DSP1內(nèi)分為I、Q兩部分進(jìn)行處理。
?、?CPLD。CPLD內(nèi)部主要完成對(duì)數(shù)據(jù)的鎖存,產(chǎn)生A/D采樣時(shí)鐘、各個(gè)DSP的中斷請(qǐng)求信號(hào)和數(shù)據(jù)發(fā)送的同步信號(hào)。
?、?DSP1。DSP1主要完成:A/D數(shù)據(jù)輸入變換,并輸出到DSP2;系統(tǒng)自舉。系統(tǒng)采用EPROM自舉方式,4個(gè)DSP的加載任務(wù)由DSP1完成。初始化時(shí),DSP1通過鏈路口1發(fā)出一個(gè)控制字,將工作參數(shù)傳給DSP2、DSP3、DSP4。鏈路口3和鏈路口4用于系統(tǒng)自舉。
?、?DSP2。DSP2完成2048點(diǎn)FFT運(yùn)算。輸入數(shù)據(jù)用鏈路口0和鏈路口2,輸出數(shù)據(jù)用鏈路口1和鏈路口3。鏈路口4用于系統(tǒng)自舉。
?、?DSP3。DSP3完成門限判斷與固定目標(biāo)對(duì)消和動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度的校正。
?、?DSP4和DPRAM。DSP4完成數(shù)據(jù)積累,然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并輸出。
這個(gè)例子充分體現(xiàn)了ADSP-TSl01適宜多處理器結(jié)構(gòu),通過鏈路(1ink)口支持串行處理器,而不需要任何附加邏輯電路的優(yōu)勢。
4 電源供電及功耗估計(jì)
(1) 電源供電
Adsp-TS101有三個(gè)電源,其中數(shù)字3.3 V為l/0供電;數(shù)字1.2 V為DSP內(nèi)核供電;模擬1.2 V為內(nèi)部鎖相環(huán)和倍頻電路供電。Adsp-TS101要求數(shù)字3.3 V和數(shù)字1.2 V同時(shí)上電。如果無法嚴(yán)格同步,則應(yīng)保證核電源1.2 V先上電,l/0電源3.3 v后上電。本系統(tǒng)在數(shù)字3.3 V輸入端并聯(lián)了一個(gè)大電容,而在數(shù)字1.2 v輸入端并聯(lián)了一個(gè)小電容。其目的就是為了保證3.3 v充電時(shí)間大于1.2 v充電時(shí)間,以便很好地解決電源供電先后的問題。
(2)外部口功耗估計(jì)
外部口的功耗主要是輸出引腳(例如數(shù)據(jù)線的某個(gè)位由高到低,或由低到高)轉(zhuǎn)換的功率消耗,而且該功耗與系統(tǒng)無關(guān)。由于這種轉(zhuǎn)換的外部平均電流為0.137 A,因此,功耗為PDD=VD×lDD=3.3 V×0.137 A="0".45 W
(3)內(nèi)核功耗估計(jì)
內(nèi)核最大電流為1.277 A。該電流是DSP進(jìn)行單指令流多數(shù)據(jù)流(SIMD)方式下,4個(gè)16位定點(diǎn)字乘加與2個(gè)四字讀取并行操作以及進(jìn)行由外部口到內(nèi)部存儲(chǔ)器DMA操作所需的電流。實(shí)際上,DSP內(nèi)核電流大小還和內(nèi)核工作頻率有關(guān),圖3所示是其內(nèi)核電流與頻率的關(guān)系曲線。因此,供給DSP內(nèi)核電流可根據(jù)不同的并行處理任務(wù)和內(nèi)核工作頻率來確定。若并行處理較少,工作頻率低,所需電流就小。這樣,最大內(nèi)核功耗為PDD=VDD×IDD=1.2 V×1.277 A="1".534 W。
結(jié) 語
本文介紹了Adsp-TS101芯片及其在雷達(dá)信號(hào)處理方面的應(yīng)用。該應(yīng)用系統(tǒng)充分利用了Adsp-TS101高速的運(yùn)算能力、數(shù)據(jù)吞吐量大以及易于多片連接,可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行串行處理的特點(diǎn)。文中還討論了DSP應(yīng)用過程中的電源設(shè)計(jì)和功耗問題,因而具有一定的工程指導(dǎo)意義。目前該系統(tǒng)已成功用于某雷達(dá)系統(tǒng)。