1. Introduction Qu`est-ce que le DSP?

Plan:
1.Introduction
2.Les différentes architectures
3.Les types de codage
4.Les jeux d'instruction
5.Exemple
6.Conclusion
1. Introduction
Qu’est-ce que le DSP?
• DSP: Digital Signal Processor (processeur de signal numérique)
• Architecture optimisée pour effectuer des calculs complexes en un coup
d'horloge.
• Accès facile à un grand nombre d'entrées-sorties (numériques ou analogiques)
-Souplesse de programmation
-Possibilités propre aux systèmes DSP
-Stabilité
-Répétabilité
-Puissance de traitement adaptée, pour un coût économique approprié.
-Réduction des coûts dans les fabrications de grande série
1.1 Structure générale des applications de traitement
numérique du signal:
1.2 Différents types de processeurs:
Généralistes – haute performance
Pentiums
Processeurs DSP
Electronique grand public
Microcontrôleurs
– Mot de petite taille: 8 bits
– Automobile, thermostats,électroménagers.
1.3 Ou trouve-t-on les DSP de nos jours?
DSP utilisés dans la plupart des applications du traitement numérique
du signal en temps réel.(filtres numériques).
Ils sont utilisés dans les:
• Modems (modem ADSL)
• Téléphones mobiles
• Appareils multimédia (lecteur MP3)
• Récepteurs GPS
• Systèmes vidéos (Lecteur DivX)
• Imagerie médicale, échographie
• Guidage de missile, calculateurs de trajectoires
1.4 Historique:
Inventé pour les radars militaires et de télécommunications cryptées
dans les années 70.
C'est Texas Instruments qui en 1978 introduit un DSP pour la
synthèse de la voix pour des applications très grand public.
Il aura fallu 15 ans supplémentaires pour que les DSP deviennent
des composants incontournables de l'électronique grand public.
Choix de différents DSP suivant:
Le format de calcul : fixe ou en flottant;
La taille du bus de donnée : 16, 24 ou 32 bits;
La puissance en millions d'instructions par seconde (MIPS);
2.Les différentes architectures
DSP:élément important qui conditionne
directement les performances d’un
processeur. Il existe deux types fondamentaux
de structures« Von Neuman » et « Harvard »
2.1 Von Neuman
●
stockage des programmes et des données dans la même zone
mémoire.
●
●
instruction: contient le code opératoire et l’adresse de
l’opérande.
Microprocesseur incorpore 2 unites logiques de base:
l’Unité Arithmétique et Logique (ALU),
➔Réalise les opérations centrales (multiplications, additions,
soustractions, rotations, etc.)
➔
·l’unité en charge des Entrées/Sorties:
commande le flux de données entre le cœur du
microprocesseur et les mémoires ou les ports.
➔
2.2. Harvard
Les mémoires programmes et données sont
séparées.
L’accès à chacune des deux mémoires se fait
via un chemin distinct.
Cette organisation permet de transférer une
instruction et des données simultanément,
ce qui améliore les performances.
➢
2.3 Utilisation de ces structures dans les DSP
architecture Harvard: utilisée dans des microprocesseurs
spécialisés :applications temps réels.
● DSP à structure Von Neuman rares
Structure Harvard:
2 fois plus de bus de données, d’adresses, et donc de broches
sur la puce.
Coût supérieur :nombre de broches à implanter augmente le
coût de production.
●
●
●
●
●
Pour réduire le coût de la structure Harvard: utilisation
l’architecture dite « Structure de Harvard modifiée ».
Transfert des données entre bus externes et internes:est
effectué par multiplexage temporel.
3.Les types de codage
3.1 Le complement à 2 :
Nombres entiers
Valeur Signe
21
décimale (±)
(2)
-1
1
1
-2
1
1
-3
1
0
-4
1
0
+3
0
1
+2
0
1
+1
0
0
0
0
0
20
(1)
1
0
1
0
1
0
1
0
Nombres décimaux
2-1
2-2
2-3
Valeur
(0,5)
(0,25) (0,125) décimale
1
1
1
0,875
1
1
0
0,75
1
0
1
0,625
1
0
0
0,5
0
1
1
0,375
0
1
0
0,125
0
0
1
0,25
0
0
0
0
3.2 Les nombres à virgule fixe :
Le nombre de bits réservé à la partie entière et à la partie décimale
est fixé à l'avance.
La dynamique et la précision sont liées et limitées
par le nombre de bits réservés.
3.3 Les nombres à virgule flottante :
Les nombres sont représentés sous forme exponentielle :
± 0,123 . 2456
,123 est la mantisse ; 456 est appelé l'exposant.
La dynamique est déterminée par le nombre de bits de l'exposant et la précision
est déterminée par le nombre de bits de la mantisse.
C'est un modèle réel.
3.4 Bilan des types de codage :
Avantages
Inconvénients
Virgule fixe :
rapide,
bon marché
Virgule flottante :
grande précision,
programmation facile
puissance limitée,
programmation
complexe
chère,
moins rapide
Les architectures à virgule flottante supportent les nombres à
virgule fixe : pas d'optimisation.
Les architectures à virgule fixe peuvent simuler les nombres à
virgule flottante : complexe et lent.
Il faut choisir l'architecture en fonction des besoins. Une
faible précision peut être nuisible et une trop grande
précision peut être encombrante.
4.Les jeux d'instruction
• La grand majorité des DSP fait partie de la famille des RISC
(reduced instruction-set computer) autrement dit
processeurs à jeu d’instructions réduit :
 Par opposition aux CISC (Complex instruction set-computer)
.
 Avantage : temps d’accès à la mémoire réduit.
 Inconvenant : programmes illisibles.
•Instructions très spécialisés :
 Nombreux s’exécutent en un seul cycle
d’horloge.
 Réalises principalement des additions, des
multiplications…
 Permettent la mise en œuvre d’algorithmes de
filtrage et d’analyse de Fourrier.
 Fonctionnent en mode SIMD (Single Instruction
Multiple Data).
 Conviennent particulièrement aux calculs
matriciels.
• La fonction la plus utilisée dans le DSP est la fonction
MAC (Multiply and Accumulate), c'est-à-dire une
multiplication suivie d'une addition et d'un stockage du
résultat :
 très utilisée dans les calculs d'asservissement et
de filtrage.
 en un cycle d'horloge, elle effectue : A = B*C + D
5.Exemple
L'exemple décrit ci-dessous sera utilisé comme démonstration d'un DSP
en action.
5.1) Le montage
Pour illustrer cet exposé nous prendrons l'exemple d'un DSP utilisé dans
le domaine musical. En effet les DSP sont de plus en plus présents dans
le domaine des multi-effets pour leur grande flexibilité face aux effets
analogiques.
5.2) L'algorithme
L'algorithme présenté, appelé « phaser » est réalisé
par l'addition du signal d'entrée et du même signal
ayant subit un retard. Certaines fréquences sont
donc annulées et d'autres augmentées à un instant
donné. Le retard étant variable (commandé par une
sinusoïde générée par le DSP), l'effet obtenu est un
filtre qui se décale constamment en fréquence.
6.Conclusion
 Évolution des DSP
La R&D industrielle autour des DSP en France
Texas Instruments :
- Villeneuve-Loubet  centre R&D
Motorola :
- Saclay  centre R&D
- Toulouse  centre R&D + Fab.
- Crolles 2  centre R&D + Fab.
ST Microelectronics :
- Crolles  centre R&D + Fab.
- Rousset  centre R&D + Fab.
ARM :
- Sophia Antipolis  centre R&D
Atmel :
- Rousset  centre R&D + Fab.
In_neon :
- Echirolles  centre R&D
Les performances des processeurs dsp ont augmentées de 150x
sur 15 ans (40% par an)
Les nouvelles architectures sont nombreuses et dominent l’offre
actuelle
mais les DSPs conventionnels dominent toujours le volume de vente
Les processeus généraux ont maintenant des performances qui
concurrencent les DSPs.
mais le prix...
La facilité de compilation est un facteur
important.
time-to-market...
Choisir un DSP requiert une analyse fine
qui depend de l’application
Evolution du marché des DSP dans le monde
- FIN Merci pour votre attention