Introduzione DSP. Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 2 Obiettivi della lezione Perché elaborare i segnali in digitale ?

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1 Introduzione DSP

2 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 2 Obiettivi della lezione Perché elaborare i segnali in digitale ? Perché elaborare i segnali in digitale ? Cosè unapplicazione in tempo-reale. Cosè unapplicazione in tempo-reale. Perché usare processori DSP (Digital Signal Processing)? Perché usare processori DSP (Digital Signal Processing)? Algoritmi tipici per un DSP. Algoritmi tipici per un DSP. Parametri da considerare quando si sceglie un DSP. Parametri da considerare quando si sceglie un DSP. Confronto tra DSP Programmabili e DSP ASIC. Confronto tra DSP Programmabili e DSP ASIC. I DSP della famiglia TMS320. I DSP della famiglia TMS320.

3 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 3 Perché passare al digitale ? Attualmente le tecniche di elaborazione digitale dei segnali, sono così potenti, che molte volte risulta estremamente difficile, se non impossibile ottenere gli stessi risultati con le classiche tecniche di elaborazione analogica. Attualmente le tecniche di elaborazione digitale dei segnali, sono così potenti, che molte volte risulta estremamente difficile, se non impossibile ottenere gli stessi risultati con le classiche tecniche di elaborazione analogica. Esempi: Esempi: FIR filtri a fase lineare. FIR filtri a fase lineare. Filtri Adattivi. Filtri Adattivi.

4 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 4 Perché passare al digitale ? Lelaborazione analogica dei segnali e possibile grazie allimpiego di componenti analogici quali: Lelaborazione analogica dei segnali e possibile grazie allimpiego di componenti analogici quali: Resistenze. Resistenze. Condensatori. Condensatori. Induttanze. Induttanze. La precisione e laffidabilità di un circuito analogico può essere compromessa da vari fattori: la tolleranza sui valori dei componenti, la temperatura, i cambiamenti di tensione e le vibrazioni meccaniche. La precisione e laffidabilità di un circuito analogico può essere compromessa da vari fattori: la tolleranza sui valori dei componenti, la temperatura, i cambiamenti di tensione e le vibrazioni meccaniche.

5 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 5 Perché passare al digitale ? Con i DSP risulta molto semplice: Con i DSP risulta molto semplice: Cambiare algoritmo. Cambiare algoritmo. Correggere lalgoritmo. Correggere lalgoritmo. Migliorare lalgoritmo. Migliorare lalgoritmo. Inoltre il DSP riduce: Inoltre il DSP riduce: La sensibilità ai rumori. La sensibilità ai rumori. Il numero di IC in un sistema. Il numero di IC in un sistema. Il tempo di sviluppo. Il tempo di sviluppo. Costi. Costi. Lassorbimento di potenza. Lassorbimento di potenza.

6 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 6 Perché non passare al digitale Talvolta segnali a frequenze elevate non possono essere elaborati in forma digitale per due motivi: Talvolta segnali a frequenze elevate non possono essere elaborati in forma digitale per due motivi: I convertitori Analogico-Digitale, ADC non riescono a lavorare ad elevate frequenze. I convertitori Analogico-Digitale, ADC non riescono a lavorare ad elevate frequenze. Lapplicazione potrebbe essere così complessa da non permettere una sua realizzazione in Tempo-Reale (Real-Time). Lapplicazione potrebbe essere così complessa da non permettere una sua realizzazione in Tempo-Reale (Real-Time).

7 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 7 La definizione di Tempo-reale dipende dallapplicazione. La definizione di Tempo-reale dipende dallapplicazione. Ogni volta che un algoritmo viene interfacciato con lambiente esterno, deve lavorare in tempo reale. Ogni volta che un algoritmo viene interfacciato con lambiente esterno, deve lavorare in tempo reale. Esempio: Un FIR a 100 coefficienti viene eseguito in Real-Time, se il DSP riesce a completare le seguenti operazioni nellintervallo di tempo che intercorre tra due campioni: Esempio: Un FIR a 100 coefficienti viene eseguito in Real-Time, se il DSP riesce a completare le seguenti operazioni nellintervallo di tempo che intercorre tra due campioni: Lavorare in Tempo-Reale

8 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 8 Possiamo dire di avere unapplicazione Real-Time se : Possiamo dire di avere unapplicazione Real-Time se : Tempo di Attesa 0 Tempo di Attesa 0 Lavorare in Tempo Reale Tempo di elaborazione Tempo di Attesa Intervallo di campionamento nn+1

9 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 9 Perché non usare un General Purpose Processor (GPP), come il Pentium, al posto di un DSP? Perché non usare un General Purpose Processor (GPP), come il Pentium, al posto di un DSP? Valutare il consumo di potenza di un Pentium e di un DSP. Valutare il consumo di potenza di un Pentium e di un DSP. Valutare il costo di un Pentium e di un DSP? Valutare il costo di un Pentium e di un DSP? Perché usare un processore DSP

10 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 10 Conviene utilizzare un processore DSP nei casi in cui è necessario: Conviene utilizzare un processore DSP nei casi in cui è necessario: Ridurre i costi. Ridurre i costi. Occupazioni di superficie ridotti. Occupazioni di superficie ridotti. Bassi consumi. Bassi consumi. Elaborare più segnali ad alta frequenza, in real- time. Elaborare più segnali ad alta frequenza, in real- time. Conviene utilizzare un processore GPP nei casi in cui e necessario: Conviene utilizzare un processore GPP nei casi in cui e necessario: Grandi occupazioni di memoria. Grandi occupazioni di memoria. Sistemi operativi avanzati. Sistemi operativi avanzati. Perché usare un processore DSP

11 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 11 Quali sono gli algoritmi tipici per un DSP La Somma-di-Prodotti (SOP) è lelemento chiave per la maggiorparte degli algoritmi per DSP: La Somma-di-Prodotti (SOP) è lelemento chiave per la maggiorparte degli algoritmi per DSP:

12 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 12 Moltiplicazioni in Hardware vs. Microcodice I processori DSP, sono ottimizzati per eseguire operazioni di somma e moltiplicazione. I processori DSP, sono ottimizzati per eseguire operazioni di somma e moltiplicazione. Le Moltiplicazioni e le addizioni sono implementate in Hardware, ed eseguite in un ciclo. Le Moltiplicazioni e le addizioni sono implementate in Hardware, ed eseguite in un ciclo. Esempio: Moltiplicazione 4-bit (senza segno). Esempio: Moltiplicazione 4-bit (senza segno). 1011 1011 x 1110 1011 1011 x 1110 HardwareMicrocodice 100110100000 1011. 1011.. 1011... 10011010 Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo 3 Ciclo 4 Ciclo 5

13 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 13 DSP Fixed e Floating point Le applicazioni che richiedono: Le applicazioni che richiedono: Alta precisione. Alta precisione. Range dinamico elevato. Range dinamico elevato. Rapporti segnale/rumore elevati. Rapporti segnale/rumore elevati. Facilità di impiego. Facilità di impiego. Necessitano di un processore in virgola mobile. Svantaggio dei processori in floating point: Svantaggio dei processori in floating point: Alti consumi. Alti consumi. Potrebbero costare molto. Potrebbero costare molto. Potrebbero essere più lenti ed ingombranti rispetto alla loro controparte in virgola fissa. Potrebbero essere più lenti ed ingombranti rispetto alla loro controparte in virgola fissa.

14 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 14 DSP Fixed e Floating point Sono le applicazioni che impongono quale tipo di dispositivo/piattaforma utilizzare al fine di ottenere le massime prestazioni al minor costo. Sono le applicazioni che impongono quale tipo di dispositivo/piattaforma utilizzare al fine di ottenere le massime prestazioni al minor costo. Per motivi didattici, viene usato un DSP floating-point (C5402). Per motivi didattici, viene usato un DSP floating-point (C5402).

15 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 15 General Purpose DSP vs. DSP in ASIC I dispositivi ASIC (Application Specific Integrated Circuits) sono semiconduttori progettati per svolgere determinate funzioni. I dispositivi ASIC (Application Specific Integrated Circuits) sono semiconduttori progettati per svolgere determinate funzioni. I vantaggi e gli svantaggi nellimpiego di dispositivi ASIC sono: I vantaggi e gli svantaggi nellimpiego di dispositivi ASIC sono: Vantaggi Estreme velocità di calcoloEstreme velocità di calcolo Ridotti ingombriRidotti ingombri Bassi consumiBassi consumi Elevate affidabilitàElevate affidabilità Bassa rumorositàBassa rumorosità Costi ridottiCosti ridotti Svantaggi Elevato investimento inizialeElevato investimento iniziale Bassa flessibilità.Bassa flessibilità. Necessita di molto tempo per passare dal progetto alla venditaNecessita di molto tempo per passare dal progetto alla vendita

16 Trestino Cosmo Università degli studi di Padova Capitolo 1, Slide 16 I processori Texas Instruments della famiglia TMS320 Esistono differenti sottofamiglie per coprire diversi mercati. Esistono differenti sottofamiglie per coprire diversi mercati. Bassi Costi Sistemi di controllo Controllo motori Controllo motori Storage Storage Controllori digitali Controllori digitali C2000C5000 Efficienza Efficienza Elevati MIPS per Elevati MIPS per Watt / Dollaro / Ingombro Telefonia Wireless Telefonia Wireless Internet audio players Internet audio players Digital still cameras Digital still cameras Modems Modems Telephony Telephony VoIP VoIP C6000 Applicazioni Multi- canale e Multi- funzione Applicazioni Multi- canale e Multi- funzione Infrastrutture comuni Infrastrutture comuni Wireless Base-stations Wireless Base-stations DSL DSL Elab. Immagini Elab. Immagini Multi-media Servers Multi-media Servers Prestazioni e facilità duso

17 Fine Introduzione DSP