مطالعه و بررسی پردازنده های DSP و امکان سنجی یک سامانه ی حداقلی جهت کار با آنها
112 صفحه به همراه 170 اسلاید پاورپوینت آماده و سایر ضمائم
فهرست مطالب:
فصل اول : مشخصات عمومی پردازنده های DSP 1
1-1) تحلیل سیستم های DSP ......................... 2
1-2) معماری پردازشگرهای دیجیتال ................ 7
1-3) مشخصات پردازشگرهای DSP...................... 11
1-4) بهبود کارایی پردازنده های DSP معمولی 15
1-5) ساختار SIMD ........................................ 16
فصل دوم : معرفی پردازنده های DSP و سخت افزار لازم جهت کار با آنها....................................................... 20
2-1) مقدمه.................................................................. 21
2-2) خانواده ی پردازنده های Texas Instrument 24
2-2-الف( خانواده ی TMS320C2000.............................. 29
2-2-ب ( سری C5000.............................................. 31
2-2-ج( سری C6000................................................ 33
2-3) تجهیزات سخت افزاری جهت کار با پردازنده های دیجیتال ................... 38
2-3- الف( نحوه ی راه اندازی و تست اولیه بورد های DSK ........ 42
2-3-ب) EVM ............................................... 43
2-3-ج) DVEM ............................................. 44
2-3- د) بورد های TDK....................................... 45
2-4) خانواده ی پردازنده های Motorola یا به عبارتی Free scale...... 49
2-4- الف) سری DSP56000......................................... 49
2-4-ب) سری DSP56100 ............................. 49
2-5) خانواده ی پردازنده ی Analog Devices............ 53
2-5- الف) پردازنده های سری BLACFIN...................... 54
2-5- ب) پردازنده های سری SHARC........................ 56
2-5- ج) پردازنده های سری Tiger SAHRC................. 58
فصل سوم : معرفی نرم افزارهای DSP ............ 60
3-1) مقدمه................................................................... 61
3-2) تقسیم بندی انواع نرم افزارهای DSP................... 62
3-3) مقدمه ای بر ابزارهای توسعه یافته ی DSP........ 63
3-3- الف) کامپایلر C................................................ 64
3-3- ب) اسمبلر.................................................................. 65
3-3- ج) پیوند دهنده.................................................. 65
3-4) بقیه ابزارهای توسعه............................................ 67
3-5) نرم افزار Code Composer Studio .... 68
3-6)نرم افزار های با محیط گرا فیکی برای نوشتن کد.... 74
فصل چهارم : کاربردهای پردازنده های DSP............ 76
4-1) کاربردهایی از رادار........................................... 78
4-2) آماده کردن سیگنال آنالوگ برای برقراری ارتباط از طریق یک کانال مخابراتی.............................. 82
4-3) تحلیل سیگنال آنالوگ برای استفاده از شناسایی صدا در سیستم تلفن.............................. 83
4-4) کاربرد DSPدر پردازش سیگنال های زلزله ثبت شده در شبکه ملی لرزه نگاری ایران...................................... 84
4-5) لنز به عنوان یک ابزار قدرتمند برای محاسبه تبدیل فوریه جهت پردازش سیگنال های دریافتی.......................... 85
4-6) کاربرد پردازنده های DSP و تبدیل فوریه چند بعدی در تصویر برداری MRI................................................. 87
4-7) استفاده از پردازنده های DSP در تشخیص الگوی گاز................ 88
4-8) کاربرد پردازنده های DSP در پردازش تصویر........................ 89
4-9) فیلترهای تطبیقی و نقش آنها در پردازش سیگنال های دیجیتال......... 89
4-10) توموگرافی.............................................. 90
4-11)کاربرد پردازنده های DSPدر سیستم های قدرت و رله های حفاظتی..................................... 91
ضمیمه ی الف: شماتیک بورد DSP STARTER KIT (DSK)TMS320C6711.................................93
مراجع....................... 116
چکیده:
دراین پایان نامه مراحل طراحی یک سیستم دیجیتال و کاربردهای آن شرح داده شده است.
در فصل اول با مشخص کردن نیازهای هر سیستم پردازشگر دیجیتال و مشخصات پردازنده های DSP لزوم استفاده از این نوع پردازنده ها، بیان شده است.
در فصل دوم به معرفی پردازنده های DSP و مقایسه آنها از جهات گوناگون پرداخته شده است و اجزای جانبی آنها برای تولید سیگنال های خارجی و ارتباط با محیط خارج مورد بررسی قرار گرفته است. پس از معرفی کارت های آموزشی و صنعتی با استفاده از مهندسی معکوس امکانات مورد نیاز برای طراحی یک سامانه حداقلی بیان شده است.
در فصل سوم با معرفی انواع نرم افزارهای پردازش سیگنال ها به صورت دیجیتال چگونگی یکپارچه کردن سیستم، به کمک دستورات پیوند دهنده شرح داده شده است که پس از این مرحله سیستم
آماده ی تحویل به مشتری است.
برای بیان نقش پردازنده های DSP در زندگی روزمره ، چندین مثال از کاربردهای بیشمار پردازش دیجیتال در فصل چهارم آورده شده است. این کاربرد ها را می توان به دو دسته آنالیز/ فیلتر اطلاعات و فرآیندهای کنترلی تقسیم بندی کرد. بنابراین هر کاربرد به سخت افزار و نرم افزار خاصی نیاز دارد که در این مجموعه تا حدودی معرفی شده اند.
مقدمه:
پردازش سیگنال های دیجیتال با استفاده از عملیات ریاضی قابل انجام است. در مقایسه، برنامه نویسی و پردازش منطقی روابط، تنها داده های ذخیره شده را مرتب می کند. این بدان معنی است که کامپیوترهای طراحی شده برای کاربردهای عمومی و تجارتی به منظور انجام محاسبات ریاضی، مانند الگوریتم های انجام تحلیل فوریه و فیلتر کردن مناسب و بهینه نیستند. پردازشگرهای دیجیتال وسایل میکروپروسسوری هستند که به طور مشخص برای انجام پردازش سیگنال های دیجیتال طراحی شده اند. پردازنده های DSP دسته ای از پردازنده های خاص
می باشند که بیشتر برای انجام بلادرنگ پردازش سیگنال های دیجیتال استفاده می شوند.
این پردازنده ها توانایی انجام چندین عملیات همزمان در یک سیکل دستورالعمل شامل چندین دسترسی به حافظه، تولید چندین آدرس با استفاده از اشاره گرها و انجام جمع و ضرب سخت افزاری به طور همزمان را دارا می باشند و سرعت بالای آن ها نیز به واسطه این ویژگی ها است. این وسایل به میزان بسیار زیادی در دهه اخیر رشد کرده اند و کاربردهای متنوعی از دستگاه های تلفن سیار تا ابزارهای علمی پیشرفته پیدا کرده اند. همچنین بعضی قابلیت اجرای منطق ممیز شناور (Floating point) به صورت سخت افزاری را دارند. در صورتی که سیگنال در بازه دینامیکی بزرگی متغیر با زمان باشد، این قابلیت بسیار مفید می باشد. اگر نمونه ها در زمان بین نمونه برداری ها نیاز به پردازش با سرعت بالا داشته باشند می توان از پردازنده های عملکرد بالا استفاده نمود. در این حالت پردازنده باید در سریع ترین زمان ممکن پردازش را به پایان برساند که این نیازمند کم بودن زمان سیکل دستورالعمل در پردازنده می باشد. از دیدگاه هزینه، ابعاد و طراحی آسان، تجهیزات جانبی پردازنده بسیار مهم
می باشند.
تجهیزات معمول روی پردازنده ها، پین های ورودی / خروجی، مدارهای واسط سریال و موازی، مبدل دیجیتال به آنالوگ (DAC) و مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) می باشند. لحاظ کردن فاکتورهای فوق در طراحی و ساخت DSPها، موجب شده است که DSP های متنوعی موجود باشند. بدیهی است در چنین پردازشی باید بتوان اطلاعات نهفته در سیگنال را نیز استخراج کرد.
ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است
متن کامل را می توانید در ادامه دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه برای نمونه در این صفحه درج شده است ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است
فرمت فایل : word(قابل ویرایش)
تعداد صفحات:44
فصل اول ۱
۱- معرفی مرکز تحقیقات مخابرات ایران: ۲
۲- تاریخچه: ۲
۳- پژوهشکده ی فناوری ارتباطات: ۳
۴- پژوهشکده ی امینت فناوری اطلاعات و ارتباطات: ۳
۵- پژوهشکده ی مطالعات راهبردی و اقتصادی: ۳
فصل دوم: ۵
مروری بر خانواده DSP ( TMS320C54X) ۵
مقدمه ۶
خصوصیات TMS320C54X ۷
توضیح کلی در مورد DSP ۹
پایه های آی سیهای ۵۴x ۹
معماری پردازنده ۱۵
ساختار باس ۱۸
حافظه ۱۹
اجزاء درون آی سی ۲۱
پورت سریال ۲۳
پینهای پورت سریال عبارتند از: ۲۴
فصل سوم ۲۷
استاندارد G.729 ۲۸
توضیح کلی در مورد کد کننده ۲۸
دلیل انتخاب G.729 ۲۹
بلوک دیاگرام مدل CELP ۳۰
بلوکهای G.729 ۳۱
Decoder ۳۳
تاخیر ۳۴
توضیح عملی Encoder ۳۵
پیش پردازش Pre – Processing ۳۵
آنالیز تخمین خطی وکونتیزاسیون ۳۵
روشهای کلی بدست آوردن ضرایب LP عبارتند از: ۳۵
پنجره کردن و محاسبه Auto Correction ۳۶
الگوریتم لوینسن – دوربین ۳۸
تبدیل LP بهLSP ۳۹
کوانتیزاسیون ضرایب LSP ۴۰
تبدیل ضرایب LSP به LP ۴۲
Perceptual Weighting ۴۳
منابع: ۴۴
فصل اول
1- معرفی مرکز تحقیقات مخابرات ایران:
مرکز تحقیقات مخابرات ایران به عنوان قدیمی ترین مرکز پژوهش در حوزهی فناوری اطلاعات (ICT) ، با بیش از 37 سال سابقه تجربه علمی در امر تحقیق و مشاور ما در وزارت متبوع، اصلی ترین پایگاه تحقیقات در زمینهی ارتباطات و فناوری اطلاعات در کشور است. این مجموعه هم اینک با برخورداری از کادری تخصصی و مجرب در حوزه های مختلف (ICT) و دیگر امکانات پژوهش و آزمایشگاهی پیشرفته در قالب چهار پژوهشکده
1- فناوری اطلاعات
2- فناوری ارتباطات
3- امینت
4- مطالعات راهبردی و اقتصادی
فعالیتهای تحقیقاتی عمده ای را دنبال می کند.
2- تاریخچه:
این مرکز در سال 1349 با امضای تفاهم نامه ای بین دول ایران و ژاپن تاسیس شد و به طورمحدود فعالیتهای تحقیقاتی بنیادی خود را که پیش از انقلاب شکوهمند اسلامی عمدتاً ماهیتی دانشگاهی داشت، آغاز کرد. با پیروزی انقلاب اسلامی و تصویب شورای عالی انقلاب فرهنگی ادارهی امور مرکز تحقیقات مخابرات ایران به وزارت پست و تلگراف و تلفن (ارتباطات و فناوری اطلاعات) واگذار شد و به عنوان بازوی تحقیقاتی و مشاوره ای در این وزارتخانه فعالیتهای گسترده ای را دنبال کرد. بازنگری در ساختار فعالیتهای مرکز، هدف خودکفایی، استقلال فنی و تخصصی، مسئولان را بر آن داشت تا نسبت به تحقیق توسعه به ویژه تحقیقات کاربردی در زمینه ی فناوری مخابراتی اولویت خاصی قائل شود. در سال 1376 مرکز تحقیقات مخابرات ایران به پژوهشکده ارتقا یافت و در سال 1384 با تاسیس سه پژوهشکده به پژوهشگاه تبدیل شد. این مرکز هم اینک با دارا بودن چهار پژوهشکده به عنوان پژوهشگاهی تحقیقاتی، قطب پژوهشی فناوری ارتباطات و اطلاعات محسوب می شود و نقش مهم را به عنوان مشاور مادر در بخش (ICT) دارا می باشد.
3- پژوهشکده ی فناوری ارتباطات:
ارائه ی مشاور در حوزه ی فناوری ارتباطات برای شرکتهای زیر مجموعه مزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات در زمینه های شناخت، طراحی، کاربردی، بهینه سازی، توسعه و استفاده از تکنولوژی های نوین مخابراتی به منظور پشتیبانی علمی و عملی از صنعت و بازار ارتباطات کشور و مدیریت و هدایت عرصه تحقیقات علمی، فنی، اقتصادی و اجتماعی در حوزه های فناوری ارتباطات در کشور هماهنگی، نظارت و پشتیبانی براین فعالیتها را بر عهده دارد. همچنین می توان به تهیه استاندارد های ملی تست و تایید نمونه تجهیزات و خدمات در زمینه ی فناوری ارتباطات در قالب ایجاد و حمایت آزمایشگاهی ملی مرتبط و ایجاد بستر مناسب برای بومی سازی، توسعه و تجهیز سیستمها و خدمات مرتبط با اتباطات رادیویی، ثابت، نوری ایستگاههای زمینی ماهواره ای و همچنین نرم افزار ها و سخت افزار های مدیریت یکپارچه شبکه های مخابراتی به میزان حداقل 30% در کشور اشاره کرد.
4- پژوهشکده ی امینت فناوری اطلاعات و ارتباطات:
پوشش کاملتر موضوعات مرتبط با افتا (امنیت فضای تبادل اطلاعات)، پوشش انواع نیازمندیهای تحقیقاتی افتا در مجموعهی وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات، تشخیص نیازمندیهای تحقیقاتی آتی افتا در مجموعه وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات از طریق آینده پژوهشی و توجه به فناوریهای نوین افتا، همگام با توسعه ی فناوریهای حوزه ی ارتباطات و اطلاعات در جهان، استفاده از حداکثر توان آموزشی، پژوهشی، صنعتی و اجرایی کشور به منظور تحقق نیازمندیهای تحقیقاتی افتا در مجموعه وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات، برنامه ریزی، هدایت و حمایت از بومی سازی فناوریهای افتا به منظور پوشش نیازمندیهای امنیتی در مجموعه وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات را بر عهده دارد.
5- پژوهشکده ی مطالعات راهبردی و اقتصادی:
با توجه به اهداف کلی برنامه توسعه چهارم تا سال 1388 که نیاز به سیاست گذاری، برنامه ریزی و سرمایه گذاری وارد مشارکت بخش خصوصی در این توسعه الزامی است. بنابراین در جهت کاهش تصدی گری دولت و آزاد سازی منابع دولت مسئله ی خصوصی سازی و آزاد سازی مطرح می گردد بطوریکه با قیمتهای مناسب و مشتری مداری نسبت به ارائه ی سرویسها اقدام گردد. بنابراین نیاز به مطالعات اقتصادی، فنی حقوقی در رابطه با چگونگی رقابت، قیمت گذاری، تهیه قوانین و مقررات مطرح می گردد. از طرفی لزوم ارائه سرویس به نقاط محروم با توجه به خصوصی سازی همچنان به عهده ی دولت است از جمله مسائلی است که باید در نظر گرفته شود.
فصل دوم:
مروری بر خانواده DSP ( TMS320C54X)
مقدمه
در این فصل مطالعه مقدماتی در مورد DSP و استاندارد G.729 انجام شده است تا پیش زمینه لازم جهت توسعه آتی سیستم حاصل گردد . با توجه به این نکته که ظرفیت و تعداد کانال های صوتی یک ایستگاه که وارد کانال ماهواره ای می شوند بسیار محدود است ( چون هر ایستگاه نهایت 64 مشترک دارد و طبق آمار تماس های هم زمان با خارج از ایستگاه کمتر از 16 تماس است ) با بررسی های انجام شده DSP های سری 54X برای این کاربرد کفایت می کنند ضمن آنکه این خانواده از DSP ها با قیمت مناسب در داخل کشور وجود دارند که این مطلب از اهمیت به سزایی در بخش تولید برخوردار است .
فرمت فایل : word(قابل ویرایش)
تعداد صفحات:55
فهرست مطالب:
فصل اول ۲
۱- معرفی مرکز تحقیقات مخابرات ایران: ۳
۲- تاریخچه: ۳
۳- پژوهشکده ی فناوری ارتباطات: ۳
۴- پژوهشکده ی امینت فناوری اطلاعات و ارتباطات: ۴
۵- پژوهشکده ی مطالعات راهبردی و اقتصادی: ۴
فصل دوم: ۵
مقدمه ۶
خصوصیات TMS320C54X 7
توضیح کلی در مورد DSP 9
پایه های آی سیهای ۵۴x 9
کنترل برنامه ۱۷
ساختار باس ۱۷
حافظه ۱۸
پورت سریال ۲۲
فصل سوم ۲۷
استاندارد G.729 28
توضیح کلی در مورد کد کننده ۲۸
دلیل انتخاب G.729 29
بلوک دیاگرام مدل CELP 30
بلوکهای G.729 31
تاخیر ۳۴
توضیح عملی Encoder 34
پیش پردازش Pre – Processing 34
آنالیز تخمین خطی وکونتیزاسیون ۳۵
پنجره کردن و محاسبه Auto Correction 36
الگوریتم لوینسن – دوربین ۳۸
تبدیل LP بهLSP 39
کوانتیزاسیون ضرایب LSP 40
تبدیل ضرایب LSP به LP 42
Perceptual Weighting 43
منابع: ۴۴
مقدمه:
کارت VCU در بخش باند پایه عملیات فشرده سازی و فریمینگ صوتی را انجام می دهد تا هر کانال صوتی 64Kbps بعد از انجام کدینگ 726 ( ADPCM ) با نرخ 16Kbps به بخش فریمینگ ارسال شده و با اضافه شدن سربار فریمینگ جهت ارسال و دریافت صحیح بیت ها در مبدا و مقصد ، در نهایت با پهنای باند 19.2Kbps به مودم ماهواره ای تحویل داده شده و از آنجا وارد کانال ماهواره ای شود . در طراحی کارت VCU فعلی از آی سی های ADPCM شرکت Zarlink استفاده شده است که ضمن سادگی کار ، در حداقل زمان ، کارت راه اندازی شود . با توجه به گران بودن پهنای باند ماهواره ای به نظر می رسد در این کارت می بایست از استانداردهای فشرده سازی دیگری استفاده شود تا با پهنای باند کمتری صوت انتقال یابد . از جمله این استانداردها می توان به G.729 اشاره نمود که ضمن مقبولیت عام ، صوت را تا میزان 8Kbps فشرده می نماید . لیکن اجرای آن نیاز به استفاده از DSP دارد تا بتوان این استانداردها که ماهیتی ریاضی دارند را در کارت پیاده سازی نمود . در واقع جهت توسعه آتی سیستم در بخش صوت و کارت VCU ، کافیست به جای آی سی های ADPCM از DSP استفاده نمود تا بتوان الگوریتم های مورد نظر را پیاده سازی نمود . نکته مهم در این توسعه عدم تغییر در ساختار کارت است . در واقع با تغییر ذکر شده سایر ماژول های کارت تغییر نمی کنند از جمله بخش فریمینگ و ارسال و دریافت به مودم ماهواره ای که همچنان به همان صورت در FPGA های برد قرار می گیرند .
در این فصل مطالعه مقدماتی در مورد DSP و استاندارد G.729 انجام شده است تا پیش زمینه لازم جهت توسعه آتی سیستم حاصل گردد . با توجه به این نکته که ظرفیت و تعداد کانال های صوتی یک ایستگاه که وارد کانال ماهواره ای می شوند بسیار محدود است ( چون هر ایستگاه نهایت 64 مشترک دارد و طبق آمار تماس های هم زمان با خارج از ایستگاه کمتر از 16 تماس است ) با بررسی های انجام شده DSP های سری 54X برای این کاربرد کفایت می کنند ضمن آنکه این خانواده از DSP ها با قیمت مناسب در داخل کشور وجود دارند که این مطلب از اهمیت به سزایی در بخش تولید برخوردار است .
خصوصیات TMS320C54X
معماری پیشرفته چند باسه با سه باس مجزا برای حافظه دیتای 16 بیتی و یک باس حافظه برنامه
45 بیت واحد منطقی محاسباتی (ALU) شامل یک شیفت دهنده 45 بیتی و دو انباره 40 بیتی مستقل
ضرب کننده موازی 17×17 بیت جفت شده با یک جمع کننده اختصاص یافته 40 بیتی برای عملیات جمع / ضرب (MAC) تک سیکلی بدون Pipeline
واحد مقایسه – انتخاب و ذخیره ( CSSU) برای انتخاب مقایسه / جمع عملگر Viterbi
رمزگذاری توانی برای محاسبه یک مقدار توانی از یک انباره 40 بیتی در یک سیکل تکی
دو تولید کننده آدرس با هشت ثبات کمکی و دو واحد محاسباتی ثابت کمکی ( ARAU)
باس دیتا با یک خصیصه نگهدارنده باس
باس آدرس با یک خصیصه نگهدارنده باس( فقط 548 و 549)
مود آدرس دهی بسط یافته برای حداکثر بیت 16×M8 فضای برنامه خارجی قابل آدرس دهی ( فقط 548 و 549)
حداکثر بیت16× 192K فضای حافظه قابل آدرس دهی ( 64Kword برنامه، Kword I/O 64)
ROM درون آی سی که مقداری از آن قابل ترکیب بندی به صورت حافظه دیتا / برنامه میباشد.
عملیات Repeat تک دستوری و Block Repeat برای کد کردن برنامه
دستورهای دارای یک عملوند کلمه طولانی 32 بیتی
دستورهای دارای یک عملوند کلمه طولانی 32 بیتی
دستورهای محاسباتی با ذخیره موازی و بارگذاری موازی
دستورالعمل های ذخیره شرطی
بازگشت سریع از وقفه
اجزا درون آی سی
– تولید کننده Wait – State قابل برنامه ریزی با نرم افزار و سوئیچنگ بانک قابل برنامهریزی
– تولید کننده کلاک PLL ( Phase Lock Loop) درون آی سی با اسیلاتور داخلی یا منبع کلاک خارجی
– پورت سریال کاملا دوطرفه برای حمایت انتقال 8 یا 16 بیتی ( LC546 و LC545 و 541)
– پورت سریال TDM (Time Division Multiplexed)
( فقط 542,543,548 ,549)
– پورت سریال بافر شده (BSP) ( فقط 542,543, LC545 , LC456 , 548, 549)
– واسط پورت (HPI) Host موازی 8 بیتی ( فقط 542,Lc545, 548,549)
– یک تایمر16 بیتی
– قطع کنترل ورودی – خروجی خارجی ( XIO) جهت غیر ممکن کردن باس دیتا، باس آدرس و سیگنالهای کنترلی خارجی
– کنترل مصرف توان با دستورالعملهای IDLE1 و IDLE2 ، IDLES با مودهای توان – پایین
– منطق شبیه سازی بر پایه SCAN درون آی سی، (JTAG IEEE Std 1146.1 )
– 25ns زمان اجرا دستور العمل ممیز – ثابت تک سیکلی ] 40MIPS [ برای منبع تغذیه V 5 ( فقط 542 و 541)
– 20ns و 25ns زمان اجرای دستورالعمل ممیز – ثابت تک سیکلی ] 40,50MIPS [ برای منبع تغذیه 3.3V ( فقط LC54x)
– ns 15 زمان اجرای دستورالعمل ممیز – ثابت تک سیکلی ] 66MIPS [ برای منبع تغذیه 3.3V ( LC548 , LC549)
– 12.5ns زمان اجرای ممیز – ثابت تک سیکلی ] 80MIPS [ برای منبع تغذیه 3.3V ( 548,LC54xA,lC549)
– 10ns زمان اجرای ممیز – ثابت تک سیکلی [120,100 MIPS] برای منبع تغذیه 3.3V هسته 2.5V ( VC549)