Архитектура МП семейства ADSP21хх

Микропроцессор Analog Devices

Введение

Микропроцессоры (МП) компании Analog Devices образуют два семейства: ADSP21xx и ADSP21xxx.

Семейство ADSP21xx - набор однокристальных 16-разрядных МП с общей базовой архитектурой, оптимизированной для выполнения алгоритмов цифровой обработки сигналов и других приложений, требующих высокопроизводительных вычислений с фиксированной точкой. Микропроцессоры этого семейства на сегодняшний день насчитывают 15 представителей, которые отличаются друг от друга, в основном, расположенными на кристалле периферийными устройствами, такими как кэш-память, таймеры, порты и т. п.

Второе семейство МП ADSP210xx объединяет 32-разрядные микропроцессоры, ориентированные на сигнальные алгоритмы, требующие выполнения вычислений с плавающей точкой.

В рамках каждого семейства микропроцессоров обеспечивается совместимость снизу вверх по системе команд. Старшие представители семейства обладают большей производительностью и содержат на кристалле дополнительные функциональные блоки.

Микропроцессоры семейства ADSP21хх

Микропроцессоры семейства ADSP21xx успешно конкурируют с аналогичной продукцией компаний Motorola и Texas Instruments благодаря высокой производительности и низкой цене, а также наличию развитых аппаратных и программных средств разработки прикладных систем. Высокая производительность процессоров на сигнальных алгоритмах достигается за счет многофункциональной и гибкой системы команд, аппаратной реализации большинства типичных для сигнальной обработки операций, высокой степени параллелизма процессов в микропроцессоре, сокращения командного цикла.

Архитектура МП семейства ADSP21хх

Микропроцессоры ADSP21xx имеют модифицированную гарвардскую архитектуру.

Рисунок 1 - Обобщенная структура микропроцессора ADSP21xx

Каждый МП содержит 3 независимых функциональных блока:

· арифметико-логическое устройство (АЛУ);

· умножитель с накоплением (MAC);

· устройство барабанного сдвига.

Каждый блок непосредственно оперирует с 16-разрядными данными и обеспечивает аппаратную поддержку вычислений с различной точностью.

Микропроцессор содержит генератор адресов команд и два генератора адресов данных, обеспечивающие адресацию к данным и командам, расположенным как во внутренней, так и во внешней памяти..

Последовательные порты обеспечивают интерфейс с большинством стандартных последовательных устройств, а также с аппаратными средствами сжатия/восстановления данных.

Порт интерфейса с хост-процессором позволяет без дополнительных интерфейсных схем взаимодействовать с хост-процессором системы, в качестве которого может использоваться как процессор данного семейства, так и другой микропроцессор.

МП ADSP-21msp5x отличается наличием аналогового интерфейса, позволяющего вводить и выводить обрабатываемый сигнал в аналоговой форме.

МП ADSP-2181 содержит внутренний порт прямого доступа к памяти (ПДП) и байтовый порт ПДП, которые обеспечивают быстрый обмен с внутренней памятью. Внутренний порт ПДП поддерживает асинхронный обмен с памятью программ, а байтовый порт позволяет записывать и читать как команды, так и данные.

Микропроцессоры компании Analog Devices отличает высокая степень параллелизма внутренних операций. За один такт процессор может:

· генерировать адрес следующей команды;

· загрузить из памяти следующую команду;

· выполнить 1 или 2 пересылки данных;

· обновить 1 или 2 указателя на данные;

· выполнить операцию.

Таблица 1. Основные характеристики МП семейства ADSP21xx

Возможности										21msp58
АЛУ	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Сдвиг	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Генератор адресов данных	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Генератор адресов команд	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
ОЗУ данных, Кслов			0,5	0,5
ОЗУ команд, Кслов
Таймер	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Многоканальный последовательный порт	+	+	-	+	+	+	+	+	+	+
Последовательный порт	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Порт хост-интерфейса	-	-	-	-	+	+	+	-	-	+
Порт ПДП	-	-	-	-	-	-	-	+	+	-
Аналоговый интерфейс	-	-	-	-	-	-	-	-	-	+
Напряжение питания, В		3,3					3,3		3,3
Производительность (MIPS)			13.8

Арифметико-логическое устройство микропроцессора выполняет стандартный набор арифметических и логических операций, включая деление. Устройство сдвига осуществляет арифметические и логические сдвиги операндов, нормализацию и возведение в степень. Функциональные устройства микропроцессора могут обмениваться результатами выполнения операций по шине внутренних результатов.

Все устройства МП - 16-разрядные и оперируют с данными в формате с фиксированной точкой. Числа представляются либо как беззнаковые, либо в дополнительном коде.

Специальные схемотехнические решения на основе данного ядра и программное обеспечение планируется создавать непосредственно для заказчика, под конкретно заданные требования и характеристики. Для приложений, требующих высокой производительности, будут создаваться процессоры, содержащие несколько ядер на одном кристалле.