Memilih Periferal Mikrokontroler untuk Proyek DSP Tinggi Performa
Artikel ini melanjutkan diskusi tentang fitur dan karakteristik mikrokontroler yang sangat penting saat memikirkan kemampuan DSP.
Artikel ini memperluas atribut mikrokontroler yang esensial untuk aplikasi pemrosesan sinyal digital (DSP) yang kuat.
Mikrokontroler menawarkan cara yang nyaman dan hemat biaya untuk menyematkan DSP ke dalam wearable, perangkat medis, alat audio, dan sistem lainnya. Namun, mereka terutama dirancang untuk tugas kontrol. Untuk memanfaatkan potensi DSP penuh mereka, pemilihan periferal yang cermat sangat penting.
Artikel sebelumnya mencakup fitur CPU seperti ukuran kata, kecepatan jam, siklus instruksi, dan dukungan floating-point. Di sini kita memeriksa modul periferal dan fitur yang meningkatkan kesesuaian MCU untuk DSP.
Dukungan Prosesor
Beberapa modul perangkat keras terletak di antara CPU dan periferal standar seperti timer dan komparator—misalnya, pengkal perangkat keras.
Pengkalan Perangkat Keras
Pengkal perangkat keras khusus dapat menjadi perbedaan antara sistem DSP real-time yang memenuhi target performa dan yang gagal. Pengolahan sinyal digital, analisis spektral, dan tugas DSP lainnya memerlukan perkalian yang tak terhitung jumlahnya yang harus dieksekusi cukup cepat untuk mengikuti aliran data yang masuk.
Segitiga dalam struktur filter FIR ini mewakili operasi perkalian.
Karena sebagian besar aplikasi MCU tidak memerlukan perkalian kompleks di dalam inti, modul pengkal terpisah adalah pilihan yang praktis. Ini menerima operand dari CPU, melakukan perhitungan secara efisien, dan mengembalikan hasilnya.
Di luar perkalian sederhana, rutin DSP sering menggunakan operasi multiply-and-accumulate (MAC)—mengalikan angka-ulang dan mengakumulasi hasilnya. Unit MAC khusus dapat meningkatkan performa lebih lanjut.
MAXQ615 dari Maxim mengintegrasikan pengkal bertanda/tanpa tanda 16-bit, MAC 16-bit, dan pengkal pengurangan perkalian 16-bit.
Akses Memori Langsung (DMA)
Pengalaman pertama saya dengan DMA datang saat mengembangkan radio yang didefinisikan perangkat lunak yang membutuhkan dekode cepat dari sinyal dasar yang diketik. Pengalaman itu menyoroti nilai DMA untuk DSP yang sensitif waktu.
Kontroler DMA adalah mesin khusus yang memindahkan data antara memori dan periferal, membebaskan CPU untuk fokus pada komputasi. Dalam aplikasi yang memerlukan DSP intensif, real-time, unit DMA dapat secara dramatis meningkatkan throughput.
Kontroler DMA SAM4S dari Atmel memungkinkan generasi sinusoid tanpa terus-menerus meminta CPU untuk setiap sampel DAC.
Komunikasi
DSP yang efektif membutuhkan tidak hanya prosesor yang kuat tetapi juga jalur data yang andal. Dalam kebanyakan kasus, data input berasal dari luar MCU, menjadikan transfer data sebagai tautan kritis.
Transfer Data Paralel
Antarmuka paralel, meskipun kurang umum dari link serial, dapat menawarkan efisiensi yang lebih baik dengan memindahkan delapan atau enam belas bit secara bersamaan. Jika sistem Anda mengizinkan data paralel, cari mikrokontroler yang memiliki Antarmuka Memori Eksternal (EMI), Antarmuka Bus Eksternal (EBI), atau periferal serupa.
Transfer Data Serial
Sementara I²C terbatas dalam kecepatan dan UART biasanya sedang, sistem DSP tinggi performa mendapat manfaat dari periferal yang mendukung laju jam maksimum tinggi dan sinyal sinkronisasi yang khusus. USART (synchronous UART) atau port serial buffered multikanal yang setara dapat memberikan bandwidth yang diperlukan untuk beban kerja DSP yang menuntut.
Pemeriksaan Kesalahan
Deteksi kesalahan yang kuat esensial untuk DSP yang kritis misi. Modul CRC perangkat keras menghitung pemeriksaan siklus redundan secara real-time, memastikan integritas data tanpa membebani CPU.
EFM8 Laser Bee dari Silicon Labs memiliki mesin CRC perangkat keras yang menerima aliran byte dan menghasilkan CRC 16-bit menggunakan polinomial standar.
Kesimpulan
Dalam banyak skenario DSP intensitas rendah hingga sedang, mikrokontroler mengalahkan chip DSP khusus dalam hal biaya dan integrasi. Dengan memilih periferal yang tepat—pengkal perangkat keras, DMA, antarmuka serial berkecepatan tinggi, dan unit CRC—Anda dapat membangun solusi DSP yang andal dan tinggi performa.
Artikel sebelumnya dalam seri Pengenalan Mikrokontroler:
- Apa itu Mikrokontroler? Pengenalan Komponen Pusat dalam Berangkat Elektronik yang Tak Terhitung Jumlahnya
- Bagaimana Memilih Mikrokontroler yang Tepat untuk Aplikasi Anda
- Bagaimana Membaca Datasheet Mikrokontroler: Pengenalan dan Langkah Pertama
- Bagaimana Membaca Datasheet Mikrokontroler: Menjelajahi Perangkat Keras
