DZ248電阻爐溫度的控制

DZ248電阻爐溫度的控制,dz248,電阻爐,溫度,控制,節(jié)制 數字信號處理器過去的五年，數字信號處理（DSP）產品的數量和種類都發(fā)生了很大變化。在消費者群體、通訊、醫(yī)療以及工業(yè)產品中，DSP 已經成為重要的組成部分。從傳統微處理器的使用到可編程門序列（FPGAS） ，再到制成集成電路（ICs ） ，那些工業(yè)產品使用各種各樣的硬件工具來實現 DSP?？删幊獭癉SP 處理器”是一類為 DSP 制作的微處理器，由于以下幾個原因受到消費者的歡迎。DSP 處理器可以重新編程寫入，允許產品的升級和定型。同時，DSP 處理器比制作 ICs硬件成本效率好（及風險?。?，尤其對低容量的應用，制作 ICs 的研發(fā)費用可能很昂貴。與其他類型微處理器相比，DSP 處理器常常就速度、價格以及能量效益方面有優(yōu)勢。在這篇文章中，我們描述了 DSP 處理器從早期的結構到當前最先進設備的發(fā)展過程。我們關注這些結構，并比較它們的優(yōu)缺點。最后，我們討論這類快速發(fā)展的，已經被改善來滿足 DSP 應用需求的通用處理器。DSP 算法塑造了 DSP 的結構從一開始，DSP 處理器的結構就已經被 DSP 算法決定了。對于在 DSP 處理器中發(fā)現的每一個特征，都能和 DSP 算法聯系上，它的計算被這個特征以某種形式簡化了。因此，或許理解 DSP 結構發(fā)展的最好方法是：查看典型 DSP算法以及識別它們如何使計算的需求影響了 DSP 處理器的結構。作為一個個案研究，我們應當考慮最普遍的信號處理任務之一，有限脈沖響應（FIR）濾波器?？焖俪朔ㄆ鱂IR 濾波器的算術表達式為∑X×b,此處 X 是輸入數據矢量，b 是濾波器系數矢量。對于濾波器的每次敲擊，數據采樣被一個濾波器系數相乘，然后結果加到一個所有敲擊的連續(xù)和上（作為 DSP 概念和濾波器理論的介紹，看[2]） 。因此，FIR 濾波器算法的主要組成是一個點積：乘法與加法，乘法與加法。這些操作和 FIR 濾波器算法相比沒什么特別；事實上，乘法（常常由乘積的累加和組成）是信號處理中最普遍的操作之一。多次乘法，無限脈沖響應（IIR）濾波以及傅立葉變換都與乘法累加器操作有很大關系。起初，微處理器通過一系列移位，加法操作來執(zhí)行乘法，每次都要花費一個或者更多時鐘周期。然而，1982 年，德州儀器公司（TI）成功地推出了最早的商業(yè)“DSP 處理器”——TMS32010。它包含專門的硬件，能在一個單時鐘周期內完成乘法運算。正如許多人想到的，在許多 DSP 算法中，快速的乘法硬件決定了快速的性能。針對這個原因，所有當代 DSP 處理器至少包含一個專用的單周期乘法器或者組成乘法累加器（MAC ）單元[1] 。乘法執(zhí)行單元與其他類型的計算任務比，DSP 的運用有很高的計算需求。因為它們通常必須執(zhí)行 DSP 算法， （例如 FIR 濾波） ，實時對以 10——100KHZ 或更高頻率的采樣信號段進行處理。所以，DSP 處理器常常包含幾個獨立的，有能力平行操作的執(zhí)行單元，如額外的 MAC 單元。DSP 處理器還含有一個算術邏輯單元（ALU ）和一個移位器。有效的存儲器存取在每個時鐘周期，執(zhí)行一次 MAC 操作需要不止一個單周期 MAC 單元，還需要在單周期內從存儲器中取 MAC 指令，數據和一個濾波器系數。因此，良好的 DSP 性能需要高的存儲帶寬，比二十世紀八十年代早期的通用微處理器的還高。那時典型的微處理器由一條單總線連接存儲器，并且每個時鐘周期只能通過一種，或是數據或是指令。為了滿足存儲器帶寬增加的需求，早期 DSP 微處理器研發(fā)不同的存儲器結構，這些存儲器結構可以支持每個周期多個存儲器存取。最普遍的方法（現在仍然廣泛使用）是使用兩個或更多獨立的存儲器空間，每個存儲器空間被各自的總線連接著，在每個時鐘周期中能被讀、寫。通常，指令存儲在一個存儲單元中，然而數據（或者數據和指令的組合）儲存在另一個存儲單元中。在這樣的安排下，處理器可以在每個周期并行取指令取數據。圖（1）顯示了早期通用處理器和 DSP 處理器在存儲器結構上的差別。因為許多 DSP 算法（如 FIR 濾波器） ，每條指令要花費兩個數據訪問周期（如一個數據和一個系數） 。通常使用的更完美形式是在被用來作指令緩存區(qū)的處理器核附近有一個小的 RAM 空間。當一組指令被反復執(zhí)行時（也就是循環(huán)執(zhí)行） ，緩存區(qū)內載滿這些指令，釋放指令總線去取數據而不是指令，因此，能夠使處理器在一個單周期內執(zhí)行一次 MAC。高存儲器帶寬的要求常常由計算存儲器地址的專用硬件支持。這些地址產生單元和 DSP 處理器的主要執(zhí)行單元并行操作，使它能夠在存儲器的一個新地址單元存取數據（如取一個系數矢量）而不用暫停計算新地址。DSP 算法中的存儲器存取易于展示可預測的模式。例如，對于 FIR 濾波器的每次采樣，從開始到結束，濾波器系數按順序被存取，然后當處理下一個輸入樣品時，從系數矢量的起點開始存取。與其他類型計算任務相比，如數據單元處理，此時存儲器存取是不易預測的，在 DSP 算法中廣泛采用這種可預測性。DSP 處理器地址產生單元通過支持專門的地址模式，使處理器有效地存取數據。最普遍的模式是帶有偏移量的寄存器間接尋址，應用它，使存儲器中按順序存儲的一系列數據進行反復運算的算法自動增加地址指針。如果沒有這一特征，編程人員將要詳細地用指令來完成地址指針的增加。許多 DSP 處理器也支持“循環(huán)尋址” 。它允許處理器按順序取數據塊，然后自動回到初始地址。確切地說，這種模式過去常常存取 FIR 濾波器系數。循環(huán)尋址對增加起點和終止點指針的緩沖器很有用，廣泛應用在 I/O 口和 FIR 濾波器的延遲線上?？偩€總線總線程序/數據存儲器通用處理器核數據存儲器DSP處理器核程序存儲器圖（ 1）早期通用處理器與早期 DSP 處理器存儲器結構上的不同數據形式大多數 DSP 處理器使用定點數據類型，取代了廣泛應用于科學實踐中的浮點形式。在定點數據形式中，二進制定點數（與以 10 為基數的十進制定點數類似）在數據字頁中有確定的位置來存放。和浮點數形式相比，浮點數用指數和假數來表示，二進制浮點數取決于指數的值。浮點數形式允許表示更大范圍的數值，而實際上是解決了大多數情況數字溢出的危險。DSP 應用的重中之重是數據的精確度（避免溢出） 。假如用浮點數，數據的精確度相當容易保持?？赡芎芷婀郑捍蠖鄶?DSP 處理器卻使用定點形式。然而，在許多應用場合，DSP 處理器面臨著另外一些限制：它們必須價格低廉，且提供良好的能量效益。定點處理器和浮點處理器在相同速度的情況下，前者比后者價格低，低功耗。因為浮點形式需要更復雜的硬件來實現。由于這些原因，所以很少生產浮點 DSP 處理器。價格的靈敏性和能量的消耗也影響 DSP 處理器使用的數據字頁寬度。DSP處理器易于使用最少的數據字頁，這些字頁會在它們的目標操作中提供足夠的精確度。大多數定點 DSP 處理器用 16 位數據字頁，因為這個數據字頁寬度足夠許多 DSP 產品。一些定點 DSP 處理器用 20，24 或者甚至 32 位，使在應用中得到更好的精確度，這種精確度用 16 位數據很難較好實現，例如高精度聲音處理。當使用定點數據時，為確保足夠的信號質量，DSP 處理器特別包含了專業(yè)的硬件，經過一系列計算有助于編程人員保持數據的精確度。例如，絕大多數DSP 處理器包含一個或更多的“累加器”寄存器，以保存幾個乘積相加的結果。累加器寄存器明顯比其他寄存器大，且常常提供額外的位，被稱作“警戒位” ，以擴大所能表示數據的范圍，從而避免數據的溢出。另外，DSP 處理器通常支持飽和算術，循環(huán)以及移位，所有這些對保持數據精確度很有用。零上循環(huán)DSP 算法特別要花費大半處理時間在相對小的反復執(zhí)行的軟件部分。也就是說，循環(huán)。所以，絕大多數 DSP 處理器提供專門的硬件來支持有效循環(huán)。通常，一條專門的循環(huán)指令或一條重復指令被提供，它允許編程人員執(zhí)行一個走下一步的循環(huán)，而不是花費一些時鐘周期來更新與測試循環(huán)計數器或者分枝是否回到循環(huán)頂部。這個特征通常被稱為“零上循環(huán)” 。流線型的 I/O 口最后，為了產生低成本，高性能的輸入輸出端口，絕大多數 DSP 處理器包含一個或更多個專門的串行并行 I/O 接口和流線型 I/O 口來處理程序，以允許數據在處理器計算單元少之又少的干擾下轉移前行。例如：低級中斷和直接存儲器存?。―MA） 。專門指令集合DSP 處理器指令集合傳統上有兩個設計目的：1）為了最大限度使用處理器的下方硬件，因而提高了效率；2）為了最小程度減小存放 DSP 程序所需要的存儲器空間數量。因為 DSP 產品通常價格靈敏，存儲器價格大量分配到總片或系統價格上。為了完成第一個目的，傳統的 DSP 處理器指令集合一般允許編程人員在一個單指令中，明確規(guī)定幾個并行操作。隨著主要算術的操作，傳統DSP 處理器特別包含了一個或兩個從存儲器并行取數據指令（隨著地址指針更新） 。由于第二個目的，限制了哪些操作下使用哪些寄存器，哪些操作可以合成一條指令，所以指令才會保持簡短（因而占用較少的程序存儲器） 。為了進一步減少編碼指令所需要位的數目，DSP 處理器通常比其他類型處理器少幾個寄存器，同時可以使用狀態(tài)位來控制處理器操作的一些特征（例如，循環(huán)飽和運算） ，而不是給信息編碼作為指令的一部分。這些特征總的結果是傳統 DSP 處理器往往有高專業(yè)化，復雜化，不規(guī)律的指令集合，這是一個重要缺點。因為它使創(chuàng)造成效的匯編語言軟件任務復雜化，無論使用者是編程人員還是編譯者。為什么這是重要的呢？為 PC 處理器寫軟件的編程人員，如 pentiums 或者 powerpcs，特別沒必要擔心那些關于處理器指令集合使用的輕松程度。因為他們一般用高級語言開發(fā)程序，如 C 語言或 C++。生活對 DSP 處理器編程人員來說就不是那么簡單的，因為高容量的 DSP 產品，不像其他類型產品一樣可以用匯編語言寫出來（或者是至少帶幾分的樂觀） 。為什么 DSP 通常不是用高級語言編程的？這有兩個主要原因。第一，廣泛應用的高級語言，如 C 語言，不適合表達特別的 DSP 算法；第二，傳統 DSP結構帶有多樣的存儲空間，多樣的總線，不規(guī)則的指令集合，高專業(yè)化的硬件，對編譯者來說，有效地使用很難。編譯者能操縱 C 源代碼，為 DSP 生成匯編代碼，而不是得到有效的代碼。編程人員通常必須用匯編語言處理程序的重要部分。DSP 產品特別地含有了很高的計算要求，而這些要求又和絕對的價格限制連在一起，使程序變得很重要。由于這些原因，編程者通?？紤] DSP 處理器指令集合的認同性（或缺少認同性）作為它總體合意的一個關鍵方面。