Bài giảng Xử lý tín hiệu số và ứng dụng - Chương 4: Vi xử lý tín hiệu số

Nguyễn Cơng Phương

Xử lý tín hiệu số và ứng dụng
Vi xử lý tín hiệu số


Nội dung
I. Khái niệm chung
II. Tín hiệu và hệ thống rời rạc
III. Lọc số
IV. Vi xử lý tín hiệu số
V. Một số ví dụ ứng dụng

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

2


Vi xử lý tín hiệu số
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Giới thiệu
Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý
Định dạng số của các bộ vi xử lý
Tập lệnh
Các bộ vi xử lý mở rộng

Cài đặt thuật tốn xử lý tín hiệu lên DSP

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

3


Giới thiệu (1)
Xử lý dữ liệu
Xử lý văn bản, quản lý dữ liệu,
Ứng dụng điển hình hệ điều hành, v.v…
Phép tốn chính

Dịch chuyển dữ liệu (A B)
Đánh giá (If A=B then …)

https://en.w ikipedia.org/w iki/Pentium_FDIV_bug

Tính tốn tốn học
Xử lý tín hiệu số, điều
khiển chuyển động, mô
phỏng, v.v…
Cộng (A + B = C)
Nhân (A B = C)

/>truments&item_type=topic

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

4

Giới thiệu (2)

/>
https://en.w ikipedia.org/w iki/Digital_filter

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

5


Giới thiệu (3)

Smith, S.W. (1999) The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing, California Technical Publishing

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

6


Giới thiệu (4)

/>
sites.google.com/site/ncpdhbkhn

7


Vi xử lý tín hiệu số

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Giới thiệu
Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý
Định dạng số của các bộ vi xử lý
Tập lệnh
Các bộ vi xử lý mở rộng
Cài đặt thuật tốn xử lý tín hiệu lên DSP

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

8


Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý (1)
100

100

100

101

D

x[n – 3]

101

D

x[n – 4]

101

D

x[n – 5]

102

C

x[n – 2]

102

C

x[n – 3]

102

C

x[n – 4]

103

B

x[n – 1]

103

B

x[n – 2]

103

B

x[n – 3]

104

A

x[n]

104

A

x[n – 1]

104

A

x[n – 2]

105

H

x[n – 7]

105

I

x[n ]

105

I

x[n – 1]

106

G

x[n – 6]

106

G

x[n – 7]

106

J

x[n]

107

F

x[n – 5]

107

F

x[n – 6]

107

F

x[n – 7]

108

E

x[n – 4]

108

E

x[n – 5]

108

E

x[n – 6]

109

109

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

109

9

Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý (2)
y[ n] = a0 x[ n] + a1 x[n − 1] + ... + a7 x[n − 7]
100
101

D

x[n – 3]

102

C

x[n – 2]

103

B

x[n – 1]

104

A

x[n]

105

H

x[n – 7]

106

G

x[n – 6]

107

F

x[n – 5]

108

E

x[n – 4]

×a3
×a2
×a1
×a0
×a7
×a6
×a5
×a4

→ y[n]

109

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

10


Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý (3)
BỘ NHỚ

Bus địa chỉ

dữ liệu
& lệnh

Bus dữ liệu

Bộ xử lý
trung tâm
(CPU)

BỘ NHỚ
LỆNH (PM)

Bus địa chỉ PM

CPU

chỉ có lệnh

Bus dữ liệu PM

Bus địa chỉ DM
Bus dữ liệu DM

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

BỘ NHỚ
DỮ LIỆU (DM)
chỉ có dữ liệu

11


Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý (4)
BỘ NHỚ
LỆNH (PM)

Bus địa chỉ PM

chỉ có lệnh

Bus dữ liệu PM

BỘ NHỚ
LỆNH (PM)

Bus địa chỉ PM

lệnh & dữ liệu
thứ cấp

Bus dữ liệu PM

CPU

Bus địa chỉ DM
Bus dữ liệu DM

CPU
Instruction
cache
Dữ liệu

Bus địa chỉ DM
Bus dữ liệu DM

BỘ NHỚ
DỮ LIỆU (DM)
chỉ có dữ liệu

BỘ NHỚ
DỮ LIỆU (DM)
chỉ có dữ liệu

Điều khiển
vào/ra

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

12


Vi xử lý tín hiệu số
1. Giới thiệu
2. Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý
a) Cơ sở kiến trúc máy tính
b) Kiến trúc TMS320C671x

3.
4.
5.
6.

Định dạng số của các bộ vi xử lý
Tập lệnh
Các bộ vi xử lý mở rộng
Cài đặt thuật tốn xử lý tín hiệu lên DSP

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

13


Cơ sở kiến trúc máy tính (1)

Welch, T.B., Wright, C.H.G., & Morrow , M.G. Real-Time Digital Signal Processing from Matlab to C with the TMS320C6x DSPs. CRC Press, 2012

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

14


Cơ sở kiến trúc máy tính (2)
• Tập lệnh:
– CISC (complex instruction set computer),
– RISC (reduced instruction set computer).

• Cấu trúc thanh ghi:
– Registry-memory,
– Load-store.

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

15


Cơ sở kiến trúc máy tính (3)

Welch, T.B., Wright, C.H.G., & Morrow , M.G. Real-Time Digital Signal Processing from Matlab to C with the TMS320C6x DSPs. CRC Press, 2012

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

16


Cơ sở kiến trúc máy tính (4)

• Sắp xếp động
– Các lệnh khơng được thiết kế để tính tốn song song, bộ vi xử
lý lợi dụng sự phụ thuộc lẫn nhau của các lệnh & sắp xếp
chúng để tính tốn song song.
– Ưu điểm: cho phép chạy mã nối tiếp trên cấu trúc song song.
– Nhược điểm: cần bổ sung thêm phần cứng, tiêu thụ nhiều năng
lượng.

• Sắp xếp tĩnh
– Các lệnh được thiết kế để tính tốn song song.
– Ưu điểm: tiết kiệm phần cứng & năng lượng tiêu thụ.
– Nhược điểm: quá phụ thuộc vào máy, kém thích nghi.
sites.google.com/site/ncpdhbkhn

17


Vi xử lý tín hiệu số
1. Giới thiệu
2. Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý
a) Cơ sở kiến trúc máy tính
b) Kiến trúc TMS320C671x

3.
4.
5.
6.

Định dạng số của các bộ vi xử lý
Tập lệnh

Các bộ vi xử lý mở rộng
Cài đặt thuật tốn xử lý tín hiệu lên DSP

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

18


Kiến trúc TMS320C671x (1)

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

19


Kiến trúc TMS320C671x (2)

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

20


Kiến trúc TMS320C671x (3)
• Ngoại vi
– Bộ định thời (timer)
– EDMA
– Cổng nối tiếp

• HPI (Host Port Interface)

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

21


Vi xử lý tín hiệu số
1. Giới thiệu
2. Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý
3. Định dạng số của các bộ vi xử lý
a) Biểu diễn số trong máy tính
b) Dấu phảy tĩnh
c) Dấu phảy động

4. Tập lệnh
5. Các bộ vi xử lý mở rộng
6. Cài đặt thuật tốn xử lý tín hiệu lên DSP
sites.google.com/site/ncpdhbkhn

22


Biểu diễn số trong máy tính
• 1,41412356 1.41412354
• 1 + 0,00000001 1
• 8 bit biểu diễn 28 = 256 giá trị khác nhau:
– Các số nguyên từ 0 đến 255, hoặc
– Các số nguyên từ -127 đến 128, hoặc
– 1,10,100,1000,…,10254,10255, v.v…

• Có 2 định dạng chính: dấu phảy tĩnh (số nguyên) & dấu

phảy động (số thực).

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

23


Dấu phảy tĩnh
Số nguyên không dấu

Dấu & độ lớn

Nhị phân bù

Bù hai

Thập phân

Nhị phân

Thập phân

Nhị phân

Thập phân

Nhị phân

Thập phân

Nhị phân

15

1111

8

1111

7

0111

7

0111

14

1110

7

1110

6

0110

6

0110

13

1101

6

1101

5

0101

5

0101

12

1100

5

1100

4

0100

4

0100

11

1011

4

1011

3

0011

3

0011

10

1010

3

1010

2

0010

2

0010

9

1001

2

1001

1

0001

1

0001

8

1000

1

1000

0

0000

0

0000

7

0111

0

0111

0

1000

-1

1111

6

0110

-1

0110

-1

1001

-2

1110

5

0101

-2

0101

-2

1010

-3

1101

4

0100

-3

0100

-3

1011

-4

1100

3

0011

-4

0011

-4

1100

-5

1011

2

0010

-5

0010

-5

1101

-6

1010

1

0001

-6

0001

-6

1110

-7

1001

0

0000

-7

0000

-7

1111

-8

1000

16 bit:
0 đến 65535

16 bit:
-32767 đến 32768

16 bit:
-32767 đến 32767

sites.google.com/site/ncpdhbkhn

16 bit:

-32768 đến 32767
24


Vi xử lý tín hiệu số
1. Giới thiệu
2. Cấu trúc chung của các bộ vi xử lý
3. Định dạng số của các bộ vi xử lý
a) Biểu diễn số trong máy tính
b) Dấu phảy tĩnh
c) Dấu phảy động

4. Tập lệnh
5. Các bộ vi xử lý mở rộng
6. Cài đặt thuật tốn xử lý tín hiệu lên DSP
sites.google.com/site/ncpdhbkhn

25