Cara Memilih Periferal Mikrokontroler untuk Aplikasi Pemrosesan Sinyal Digital

Artikel ini melanjutkan diskusi tentang fitur dan karakteristik mikrokontroler yang sangat penting ketika Anda memikirkan kemampuan DSP.

Artikel ini melanjutkan diskusi tentang fitur dan karakteristik mikrokontroler yang sangat penting jika Anda mempertimbangkan kemampuan DSP.

Mikrokontroler dapat menjadi cara yang nyaman dan hemat biaya untuk menggabungkan pemrosesan sinyal digital ke dalam perangkat yang dapat dikenakan, perangkat medis, peralatan audio, dan berbagai produk dan sistem lainnya. Namun, mikrokontroler dirancang terutama untuk (tidak mengherankan) mengendalikan berbagai hal, jadi jika kita ingin MCU menjadi pemroses sinyal yang efektif, kita harus memilih dengan hati-hati.

Artikel sebelumnya berfokus pada karakteristik CPU, yaitu lebar bit, frekuensi clock, siklus clock per instruksi, dan kemampuan floating-point. Dalam artikel ini, kita akan melihat modul periferal dan fitur yang membuat mikrokontroler lebih cocok untuk fungsionalitas DSP.

Dukungan Prosesor

Beberapa modul perangkat keras menempati jalan tengah antara CPU dan periferal tipikal seperti timer dan pembanding. Contoh umum adalah pengganda perangkat keras.

Perkalian Perangkat Keras

Pengganda perangkat keras adalah jenis fitur yang dapat berarti perbedaan antara keberhasilan dan kegagalan dalam sistem DSP waktu nyata. Aplikasi DSP penting seperti pemfilteran digital dan analisis spektral memerlukan banyak operasi perkalian, dan ini harus dilakukan cukup cepat untuk menghasilkan hasil dalam jumlah waktu yang wajar (dari perspektif pengguna) atau—dan inilah saat yang benar-benar menjadi tantangan —pada kecepatan yang sama dengan atau lebih cepat dari kecepatan kedatangan data dari sistem eksternal.

Segitiga dalam struktur filter FIR ini mewakili operasi perkalian.

Karena sebagian besar aplikasi mikrokontroler tidak memerlukan fungsionalitas penggandaan tingkat lanjut, biasanya tidak masuk akal untuk memasukkan pengganda ke dalam inti prosesor itu sendiri. Pengganda perangkat keras, kemudian, adalah modul tambahan yang menerima data dari CPU, melakukan perkalian yang sangat efisien, dan kemudian membuat data yang dihasilkan tersedia untuk CPU.

Pengganda perangkat keras sebenarnya lebih dari sekadar perkalian. Rutinitas DSP sering kali memerlukan proses yang dikenal sebagai multiply-and-accumulate (MAC), yang (seperti yang mungkin sudah Anda duga) melibatkan perkalian angka berulang kali dan penambahan, atau akumulasi, hasil operasi perkalian. Modul MAC perangkat keras menawarkan lebih banyak potensi untuk meningkatkan kinerja DSP.

Pengganda perangkat keras yang tergabung dalam MAXQ615, mikrokontroler kecil dan murah dari Maxim, melakukan perkalian 16-bit bertanda dan tidak bertanda, mengalikan dan mengumpulkan 16-bit, dan perkalian dan pengurangan 16 bit.

Akses Memori Langsung (DMA)

Saya pertama kali belajar tentang DMA ketika saya sedang mengerjakan radio yang ditentukan perangkat lunak yang harus dengan cepat melakukan algoritme decoding pada sinyal baseband digital, dan pengalaman itu secara permanen mengesankan saya nilai DMA dalam pemrosesan sinyal digital yang peka terhadap waktu.

Unit DMA pada dasarnya adalah prosesor terpisah yang memiliki satu pekerjaan:memindahkan data. Tugas ini sangat mudah, sehingga menggabungkan fungsionalitas DMA ke dalam proyek Anda tidak secara serius meningkatkan kompleksitasnya, dan daya DSP sistem meningkat secara dramatis karena CPU dapat fokus pada angka-angka daripada mengacak data antara memori dan periferal. Jika aplikasi Anda memerlukan DSP real-time yang intensif secara komputasi, pengontrol DMA dapat menjadi tambahan yang sangat berharga untuk kemampuan MCU Anda.

Pengontrol DMA pada mikrokontroler SAM4S (dari Atmel) memungkinkan saya untuk menghasilkan sinusoid ini tanpa terus-menerus mengganggu CPU untuk mengirim titik data berikutnya ke DAC.

Komunikasi

Pemrosesan sinyal digital tidak hanya membutuhkan prosesor tetapi juga data digital untuk diproses. Dalam kebanyakan kasus, data digital ini akan berasal dari luar mikrokontroler, dan ini berarti bahwa transfer data merupakan tautan penting dalam rantai DSP.

Transfer Data Paralel

Saya suka antarmuka paralel karena sederhana, setidaknya secara teori, tetapi kurang umum daripada yang Anda kira. Mentransfer delapan atau bahkan enam belas bit secara bersamaan tampaknya jauh lebih efisien daripada mengirim satu bit pada satu waktu, tetapi antarmuka serial banyak digunakan bahkan dalam sistem berkecepatan tinggi. Jika transfer data paralel adalah opsi di sistem Anda dan Anda ingin mencobanya, carilah mikrokontroler dengan "antarmuka memori eksternal" (EMI atau EMIF), "antarmuka bus eksternal" (EBI), atau sesuatu yang serupa. .

Transfer Data Serial

Saya ² C bukan antarmuka berkecepatan tinggi, dan UART standar cenderung digunakan untuk kecepatan data rendah atau sedang. Cari periferal yang mengiklankan kecepatan clock maksimum yang tinggi dan yang menggunakan sinyal tambahan untuk sinkronisasi antara penerima dan pemancar (ini memungkinkan sinyal data dikhususkan sepenuhnya untuk transfer data aktual).

Saya percaya bahwa "USART" adalah singkatan yang cukup standar untuk jenis modul komunikasi serial yang saya gambarkan ("S" adalah singkatan dari "sinkron"). Pada dasarnya yang saya rekomendasikan di sini adalah mikrokontroler yang setara dengan “port serial buffered multichannel” TI—singkatan McBSP (diucapkan mic-BSP , seolah-olah modul itu dari Irlandia) tersimpan di memori saya dan akan terus-menerus dikaitkan dalam pikiran saya dengan transfer data serial berkecepatan tinggi....

Pemeriksaan Kesalahan

Aplikasi yang memerlukan deteksi kesalahan yang kuat dapat memanfaatkan modul CRC perangkat keras.

Ini adalah diagram modul CRC perangkat keras yang terintegrasi ke dalam mikrokontroler EFM8 Laser Bee dari Silicon Labs. Anda memberinya urutan byte, dan menggunakan polinomial CRC standar untuk menghasilkan hasil 16-bit.

Kesimpulan

Saya benar-benar berpikir bahwa mikrokontroler lebih disukai daripada prosesor sinyal digital di banyak aplikasi DSP intensitas rendah dan menengah, dan saya harap artikel ini akan membantu Anda mengidentifikasi mikrokontroler yang andal dapat melakukan tugas DSP yang dibutuhkan proyek Anda.

Artikel sebelumnya dalam seri Pengenalan Mikrokontroler:

• Apa itu Mikrokontroler? Pengenalan Komponen Pusat di Perangkat Elektronik yang Tak Terhitung
• Cara Memilih Mikrokontroler yang Tepat untuk Aplikasi Anda​
• Cara Membaca Datasheet Mikrokontroler:Pengenalan dan Langkah Pertama
• Cara Membaca Lembar Data Mikrokontroler:Menjelajahi Perangkat Keras