デジタルシグナルプロセッサ

デジタルシグナルプロセッサ(英語:、略称:) は、デジタル信号処理専用のマイクロプロセッサで、通常 MOSFET で作られ、通信、音声処理、デジタル画像処理、レーダー、ソナーなどの分野、および家電製品で広く使用されています。

1990年ニンテンドーDSP-グラフィックチップ

PCに接続されたDSPボード

デジタルシグナルプロセッサーの特長

プログラムメモリとデータメモリを分離（ハーバード構造）。
単一命令複数データ (SIMD) ジョブ用の特別な命令セット。
並列処理は可能ですが、マルチタスクには対応していません。
ホスト環境で使用する場合は、ダイレクトメモリアクセス(DMA) デバイスとして動作します。
データはアナログ - デジタルコンバーター (ADC) から取得され、最終出力はデジタル - アナログコンバーター (DAC) によってアナログ信号に変換されたデータです。

デジタル信号処理

デジタル信号の処理は汎用のマイクロプロセッサで行うことができます。考えられる最適化は次のとおりです。

テキサス・インスツルメンツ TMS320C

テキサス・インスツルメンツ TMS320C 内部集積回路の外観

データ操作命令

ラップアラウンド方式 (多くの汎用 CPU で採用されているアプローチ) ではなく、オーバーフローを引き起こす演算がレジスターが保持できる最大 (または最小) 値まで累積する飽和演算を使用します。ラップアラウンド方式では、レジスタの値が最大値に達すると、1 を加算すると最小値にラップアラウンドします (飽和アルゴリズムを使用する場合、このラップアラウンドは発生せず、演算結果は最大値のままになります)。別のスティッキービット単位操作モードが使用できる場合があります。
積和演算 (MAC) を使用すると、さまざまな行列演算 (畳み込み、ドット積、行列多項式の評価など。ホーナースキームと積、融合加算演算を参照) の効率が向上します。シングルサイクル MAC パーツは多くの DSP で必然的に使用されるため、以下に説明するプロパティの多く (特にハーバードアーキテクチャと命令パイプライン) が自然に継承されます。
特別な命令を使用して、合同アドレッシングモードを使用して循環バッファを操作したり、逆ビット順序アドレッシングモードを使用して FFT クロスリファレンスを処理したりすることができます。

手順フローチャート

ディープパイプライン処理では、この場合の予測ミスによるジャンプにより、(効率の) コストが大きくなります。
動的テーブルまたはハードコーディングされたゼロオーバーヘッドループを介した分岐予測を使用します。高周波数の内部ループを実行する際のジャンプによる (効率の) 影響を軽減するために、一部のプロセッサーはこの機能を提供しています。この手法には、単一命令の繰り返し演算と複数命令のループ演算の 2 種類の演算が含まれます。
プリフェッチ命令は命令パイプラインを使用します。
組立ライン操作方法により、全体の処理時間を短縮し、システムの生産効率を向上させることができます。
パイプラインはいくつかのレベルに分割できます。

歴史

1978 年にAMI はS2811 プロセッサをリリースしました。これはマイクロプロセッサの周辺デバイスとして設計されており、動作する前にメインプロセッサによって初期化する必要があります。S2811 も市場では成功しませんでした。

1979 年、インテルは「アナログ信号プロセッサ」、つまり 2920 プロセッサをリリースしました。これには、内部信号プロセッサを備えたオンチップ ADC/DAC が含まれていますが、ハードウェア乗算器が含まれていなかったため、市場では成功しませんでした。

同年、ベル研究所は最初のシングルチップ DSP、Mac 4 マイクロプロセッサを発表しました。その後、独立した完全な DSP の最初のバッチが1980 年のIEEE国際ソリッドステート回路会議に登場しました。それは、 NECの μPD7720 プロセッサと AT&T の DSP1 プロセッサでした。どちらのプロセッサも、公衆交換電話網を介した電気通信の研究からインスピレーションを受けています。

初期の DSP である Altamira DX-1 もあります。これは、遅延分岐および分岐予測メカニズムを備えた 4 つの整数パイプラインを使用します。

汎用 CPU の一部のテクノロジは、IntelのIA-32アーキテクチャ命令セットのMMX拡張など、拡張モジュールを備えた DSP の影響を受けます。

ほとんどの DSP は固定小数点演算を使用します。これは、信号処理の一般的な実用的なアプリケーションでは、固定小数点演算と比較して浮動小数点演算によって提供される追加の精度範囲を使用する必要がなく、固定小数点演算を犠牲にする必要がないためです。精度は不必要ですが、速度は大幅に向上しました。一方、浮動小数点DSP は、科学計算や高精度が必要な一部のアプリケーションでよく使用されます。

通常、DSP チップは特定用途向け集積回路で設計されていますが、FPGAチップを使用して DSP 機能を実装することもでき、FPGA の I/O 帯域幅は DSP の 10 倍以上です。

見る

VisualDSP++
デジタルシグナルプロセッサースターターキット
デジタル信号コントローラー

参考文献

^ Dyer, SA; Harms, BK. Yovits, MC (編). 37. Academic Press. 1993: 104–107 [2021-03-17]. ISBN 9780120121373. doi:10.1016/S0065-2458(08)60403- 9 . (オリジナルコンテンツは2020 年 9 月 15 日にアーカイブされました)。
^ Liptak, BG. Instrument Engineers' Handbook 2 4th. CRC Press. 2006: 11–12 [2021-03-17]. ISBN 9780849310812. ( 2021-01-16 日のオリジナルよりアーカイブ)。
^ . The Silicon Engine. Computer History Museum . [2019 年 10 月 14 日]. (2019 年 10 月 3 日のオリジナルからアーカイブ).
^ Taranovich, Steve. . EDN. 2012 年 8 月 27 日 [2019 年 10 月 14 日]. ( オリジナルの2019 年 10 月 14日アーカイブ)。
^ (PDF). [2021-03-17]. ( 2020-09-29 のオリジナル(PDF)からアーカイブ ).

外部リンク

Microcontroller.com (ページアーカイブバックアップ、保存場所)
DSPの教育と研究デジタル信号処理およびその他の組み込みシステムの研究チームを設置している世界の大学のリスト
DSP Engineering Journal (ページアーカイブバックアップ、保存場所)
ボア DSP チュートリアル
Improv Systems の企業ホームページ (ページのアーカイブされたバックアップ、保存場所)
Analog Devices 社のホームページ (ページアーカイブバックアップ、保存場所)
テキサス・インスツルメンツのホームページ（ページのアーカイブ・バックアップ、保存場所）
DSP ディスカッショングループ (ページアーカイブバックアップ、保存場所)
DSP オンラインリソース (ページアーカイブバックアップ、保存場所)
DSP および VLIW (ページアーカイブバックアップ、保存場所)
デジタル信号処理で使用されるプロセッサーのポータブルガイド (ページアーカイブは次の場所にバックアップされています)、BDTI (Berkeley Design Technology, INC)

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