Т. Солохина, Я. Петричкович, А. Глушков, Ю. Александров, В. Глушков, А. Семенович, А. Беляев, Ю. Грибов, В. Никольский, В. Силин, М. Алексеев, С. Бабичевский, В. Федин Мультикор-12S - сигнальный контроллер с плавающей точкой для высокоточных встраиваемых примененийКак уже сообщалось (Chip News ╧7 2003 г.), ГУП НПЦ "ЭЛВИС" и центр проектирования ОАО "АНГСТРЕМ" завершили проектирование и успешно изготовили на зарубежной фабрике по 0,25-мкм технологии тестовые образцы первого отечественного сигнального контроллера миниконфигурации Мультикор-12S (MC-12S) с плавающей точкой для микроминиатюрных высокоточных встраиваемых применений. Мультикор-12S - это "система на кристалле", объединяющая на одном кристалле кремния два процессора: стандартный MIPS32 - совместимый контроллер и процессор цифровой обработки сигналов оригинальной архитектуры с плавающей точкой в формате IEEE754. Тестовые образцы данной микросхемы как первого прибора базовой серии Мультикор-12xx получены в июле 2003 г. Тактовая частота этих микросхем составляет 80 МГц. Микросхема размещена в корпусе QFP-208 и потребляет не более 1 Вт. Пиковая производительность DSP-ядра - 240 MFLOPs (IEEE754). Ожидается, что серийные образцы ИМС (МС-12xx) будут иметь производительность не менее 270√300 MFLOPs. Мультикор-12xx - это базовая серия сигнальных контроллеров миниконфигурации с плавающей точкой для микроминиатюрных высокоточных встраиваемых применений. Новая интегральная микросхема (ИМС) содержит в своем составе стандартное RISC-ядро с системой команд MIPS32 и оригинальное, масштабируемое и программируемое ядро цифрового сигнального процессора с плавающей точкой - DSP-ядро (DSP - Digital Signal Processing) "ELcore12"TM (ELVEES▓s core). DSP-ядро имеет 32-разрядную гарвардскую SISD- архитектуру (SISD - Single Instructions Single Data - один поток команд и один поток данных). ИМС "Мультикор-12" сочетает в себе лучшее от обоих классов приборов: ИМС микроконтроллеров и ИМС цифровой обработки сигналов, что особенно важно для микроминиатюрных высокоточных встраиваемых применений, когда приходится решать в рамках ограниченных габаритов одновременно обе задачи: управления и обработки информации, включая сигналы и изображения. Важное дополнительное качество новой для пользователя микросхемы - возможность выбора оптимального для данного применения режима обработки, сбалансированного между пиковой производительностью и динамическим диапазоном обрабатываемых данных. Форматы обработки варьируются от байтных форматов с фиксированной точкой до высокоточных: стандартного формата с плавающей точкой (IEEE754) или длинного плавающего формата 32E16. Кроме того, для разработчика системы впервые обеспечена уникальная возможность применения новых алгоритмов принятия решений в RISC-ядре на основе параллельно выполняемых процедур адаптивного анализа и обработки сигналов в DSP-ядре, что реализуется в пределах одной и той же микросхемы, и, что особенно важно, для сверхминиатюрных применений. Для этих целей разработаны методы применения RLS/LNS алгоритмов, в частности, для адаптивных антенных решеток на базе ИМС платформы "МУЛЬТИКОР", формируемые в виде пакета прикладных программ. Однотактное исполнение практически всех инструкций в обоих процессорных ядрах, минимальные скалярные задержки для сложных вычислений, привычный стандартный синтаксис ассемблера для DSP-ядра при возможности глубокого управления ресурсами его операционного блока, пиковые производительности, измеряемые сотнями миллионов операций с плавающей точкой - факторы, призванные обеспечить широкое применение новой отечественной ИМС. Кристалл ИМС MC-12S имеет размеры 5x5 мм и размещается в пластиковом корпусе QFP-208. Серийные образцы этих микросхем будут размещаться в отечественном металлокерамическом корпусе "Монополия-208", а также в зарубежных пластиковых корпусах типа QFP-208 и PBGA-256. Основные технические характеристики тестовой ИМС сигнального микроконтроллера c плавающей точкой Мультикор-12S приведены в табл. 1.
В серийных образцах ИМС MC-12 планируется расширение внутренней памяти до 2 Мбит, а повышение тактовой частоты - до 90√100 МГц (будет уточнена по результатам измерений серийных образцов в I кв. 2004 г.). Кроме того, для этого типа ИМС, помимо QFP-208 (32x23 мм), планируется использование корпусов металлокерамического типа. В микросхеме имеются несколько режимов энергосбережения:
ИМС МС-12S разработана как система на кристалле на базе платформы "МУЛЬТИКОР", является 32-разрядным высокопроизводительным устройством и включает два процессорных ядра в своем составе: RISC-ядро (центральный процессор) и сопроцессор цифровой обработки сигналов с фиксированной и плавающей точкой (DSP-ядро). RISC-ядро является 32-разрядным процессором, имеющим архитектуру и систему команд, подобно MIPS32. RISC-ядро содержит устройство управления памятью (MMU) на основе полностью ассоциативного буфера преобразования адресов (TLB), объемом 16 двойных ячеек. Система команд DSP-ядра является стандартной, не уступающей по функциональности ЦПОС семейства SHARC (ADI). В н╦м обеспечено однотактное исполнение практически всех команд. Поэтому все базовые процедуры сигнальной обработки (фильтровые, спектрально-корреляционные и др.), программируются достаточно просто, в отличие от некоторых специализированных процессоров сигналов с глубоким конвейером фазы обработки данных. Структура микросхемы МС-12S приведена на рис. 1:
Шины передачи данных RDB и DDB реализованы в соответствии со спецификацией шины AHB (Advanced High-performance Bus) архитектуры AMBA (Advanced Microcontroller Bus Architecture). RISC-ядро является ведущим в двухпроцессорной конфигурации и выполняет основную программу. Для RISC-ядра обеспечен доступ к следующим ресурсам DSP-ядра, являющегося ведомым по отношению к RISC-ядру: обмен данными RISC-ядра с ресурсами DSP-ядра выполняется по командам LOAD, STORE. Память DSP-ядра и его регистры для RISC-ядра 32-разрядные (словные), то есть состояние двух младших разрядов адреса игнорируется. RISC-ядро управляет работой DSP-ядра посредством передачи ему задания (макрокоманды) с последующим запуском DSP-ядра (перевод из режима STOP в режим RUN). С другой стороны, DSP-ядро формирует следующие прерывания в RISC-ядро:
Назначение и функции выводов микросхемы МС-12SМультикор-12S имеет следующие типы выводов:
Описание выводов MC-12 приведено в табл. 2-7. Таблица 2. Порт внешней памяти
Таблица 4. Последовательные порты (2 штуки)
Таблица 5. Линковые порты (2 штуки)
На рис. 2 представлен чертеж корпуса ИМС МС-12S (QFP-208). Рисунок 2. Чертеж корпуса микросхемы MC-12S Нумерация выводов микросхемы MC-12S в корпусе QFP-208 приведена в табл. 8. Таблица 8. Нумерация выводов MC-12S в корпусе QFP-208
Архитектура RISC-ядраRISC-ядро является 32-разрядным процессором с архитектурой, подобной стандартной архитектуре MIPS32. Его системой команд является система команд MIPS32 ISA (Instruction Set Architecture). RISC-ядро содержит устройство управления памятью (MMU) на основе полностью ассоциативного буфера преобразования адресов (TLB), объемом 16 двойных ячеек. Реализация конвейера RISC-ядра аналогична микропроцессору R3000A (IDT). Управление памятью (Memory Management)RISC-ядро поддерживает три режима работы:
Режим User используется для прикладных программ.Режим Kernel обычно используется для обработки исключений и для выполнения привилегированных системных функций, включая управление сопроцессором CP0. Режим Debug используется для отладки программного обеспечения совместно с JTAG-отладчиком. В данном режиме RISC-ядро остановлено. Режим Debug реализован аппаратно. RISC-ядро не поддерживает функций EJTAG MIPS32, которые являются дополнительными, не обязательными для реализации. Карта виртуальной памяти RISC-ядра аналогична MIPS32. RISC-ядро не поддерживает программного режима Debug, поэтому сегмента dseg не существует. Преобразование виртуальных адресов в физические выполняется в режимах FM (Fixed Mapped) и TLB подобно MIPS32 4K. Режим преобразования определяется состоянием бита FM системного регистра CSR. RISC-ядро содержит полностью ассоциативный буфер TLB (Translation Look aside Buffer) объемом 16 двойных ячеек. Размер страницы может изменяться от 4 Кбайт до 16 Мбайт. КЭШ программ (ICACHE)Кэш программ RISC-ядра (ICACHE) имеет следующие основные характеристики:
Регистры сопроцессора CP0В табл. 9 приведен перечень регистров сопроцессора CP0, реализованных в RISC-ядре. Таблица 9. Перечень регистров сопроцессора CP0, реализованных в RISC-ядре
Обработка исключенийВ RISC-ядре обработка исключений выполняется подобно MIPS32. RISC-ядро поддерживает следующие типы исключений:
Система командRISC-ядро реализует следующие типы команд (всего 100 команд):
Особенности обработки данных в форматах с плавающей точкой в DSP-ядреDSP-ядро МС-12 имеет расширенные возможности по динамическому диапазону обрабатываемых данных, позволяющие обрабатывать данные в 8/16/32-разрядных форматах с фиксированной точкой, либо в одном из форматов с плавающей точкой - 24Е8 (стандарт IEEE 754) или 32Е16 (расширенный формат с плавающей точкой) - и осуществлять при этом компромиссный выбор между точностью и производительностью. Основной формат плавающей точки 24E8 полностью поддерживается аппаратно, расширенный - программно и аппаратно. 32-разрядный формат с плавающей точкой 24E832-разрядный формат с плавающей точкой 24E8 соответствует спецификации IEEE-754 и имеет следующий вид:
где s - знак числа (используется прямой код со знаком); e - экспонента числа со смещением +127; f - дробная часть мантиссы числа. Численное значение числа в формате плавающей точки: X = (-1)s╥2E╥F, где E = e-127 - экспонента без смещения; F = 1,0 + f/223 - полная мантисса. F 1,0, то есть мантисса может быть только нормализованной. Бит, соответствующий 1,0, "умалчивается". В табл. 10 приведены команды для обработки основного формата плавающей точки 24E8. Таблица 10. Команды для обработки основного формата плавающей точки 24E8
Примечания. Пример программирования обработки в формате плавающей точки 24Е8 - Гильберт-фильтрацияГильберт-фильтрация - формирование квадратурной компоненты действительного сигнала (врезка).
Входной сигнал (X) вводится по 1-му отсчету после каждого цикла фильтрации и хранится в 64-элементном кольцевом буфере. Полный отклик фильтра Гильберта имеет 64 коэффициента, из них половина - ненулевых. Они хранятся в 32-элементном кольцевом буфере (G). Результаты фильтрации накапливаются в выходном линейном буфере (Q). Массив X адресуется генератором А0 c индексом I0 = 2 (для пропуска нулевых коэффициентов отклика) и модульным регистром M0 = 63, обеспечивающим циклическую адресацию буфера. Массив G адресуется генератором AT с индексом IT = 1 и модульным регистром MT = 31. Массив Q адресуется генератором A1 c единичным инкрементом. Вычисления выполняются в формате плавающей точки. Чтение отсчетов X и G, перемножение (P = X╢G) и накопление произведений (Q = Q+P) выполняются за один такт. Поэтому главный программный цикл состоит из одной параллельной команды. Начальная задержка вычислений - 3 такта. Быстродействие - 1 такт на ненулевой отвод фильтра. Расширенный формат с плавающей точкой (32E16)DSP-ядро программно-аппаратным способом поддерживает также обработку чисел в расширенном формате плавающей точки 32E16. Формат с плавающей точкой размещается в 32-разрядном слове (мантисса F) и в 16-разрядном слове (экспонента Е):
Мантисса F: 32-разрядное число в дробном формате в дополнительном коде. Нормальное состояние мантиссы - нормализованное. Экспонента E: 16-разрядное целое число в дополнительном коде. Численное значение числа в формате плавающей точки: X = 2E╥F. В табл. 11 приведен параметр продолжительности (в числе тактов) выполнения арифметических операций в формате расширенной плавающей точки 32Е16.
Порт JTAG и встроенные аппаратные средства отладки программСигнальный микроконтроллер МС-12S имеет встроенные аппаратные средства отладки OnCD (On Chip Debugger), доступ к которым производится через JTAG-порт, реализованный в полном соответствии со стандартом IEEE 1149.1 (IEEE Standard Test Access Port and Boundary-Scan Architecture). OnCD предоставляет пользователю возможность по заданным через JTAG-порт условиям остановить:
В качестве условий останова RISC-ядра могут быть:
В свою очередь, условиями останова DSP-процессора могут быть:
После останова RISC-ядра или DSP-ядра имеется возможность с помощью OnCD визуализировать (или изменить) состояние всех архитектурных элементов MC-12, которые проецируются во вс╦м адресном пространстве памяти системы или доступны посредством выполнения команд в RISC-процессоре в режиме kernel, и продолжить выполнение программы:
Перечисленные условия останова МС-12S, возможность в режиме отладки выполнения команды RISC по одному такту продвижения команды в конвейере, а также доступность всего адресного пространства в состоянии останова, дают возможность использовать OnCD и JTAG-порт для построения эффективных отладчиков программ и систем. OnCD имеет программный интерфейс (JTAG-отладчик) с интегрированной средой разработки и отладки программ MC-12S. Это позволяет проводить разработку программного обеспечения в реальном масштабе времени. Фотография отладочной платы для микросхемы Мультикор-12S приведена на рис. 3. Рисунок 3. Отладочная плата для ИМС MC-12 На рис. 4 приведена типовая схема применения ИМС Мультикор-12. Рисунок 4. Типовая схема применения ИМС Мультикор-12 На рис. 4 использованы следующие обозначения:
MC-12XX не только не уступает по своим возможностям лучшим зарубежным ИМС с плавающей точкой, но и превосходит их при сопоставлении по типовым процедурам сигнальной обработки c фиксированной и плавающей точкой (табл. 12 и 13).
*) ожидаемые предварительные параметры для нормальных условий эксплуатации. Будут уточнены по результатам измерений серийных образцов ИМС в I кв. 2004 г. Сравнение DSP-ядра "ELcore-14" (в составе ИМС МС-12xx) и TMS320C54x (ТI) выполнено в табл. 12. Как показывают результаты предварительных синтезов для перспективной модификации ИМС серии "Мультикор" МС-Fxx для 0,25-мкм и 0,18-мкм технологий, е╦ реализация даже по 0,25-мкм технологии и, тем более, по 0,18-мкм технологии (с дополнительной архитектурной модификацией DSP-ядра) позволит получить характеристики, сравнимые с ИМС TigerSHARC TS201 (600 МГц/ 0,13-мкм/1,2 В). Важно отметить, что при этом не будет использован 12-уровневый конвейер, реализованный в ИМС TigerSHARC TS201, что обеспечивает ещ╦ дополнительные резервы для модификации ИМС MC-Fxx. Об этой же самой возможности достижения высоких характеристик для ИМС серии "Мультикор", по сравнению с зарубежными аналогами, реализованными на одну ступень лучшей технологии (к примеру, 0,18-мкм к 0,25-мкм), свидетельствует и другое сравнение в приведенной выше таблице. Оно выполнено для ИМС MC-02xx (100 МГц/0,25-мкм /2,5 В) разработки ГУП НПЦ "ЭЛВИС" и ADSP-21160N (95 МГц/0,18-мкм /1,8 В) разработки ADI. Средства разработки и отладки программ ИМС платформы "МУЛЬТИКОР"В состав инструментального программного обеспечения платформы "МУЛЬТИКОР" входят:
Software Development Kit (SDK) для разработки пользовательских систем на базе ИМС платформы "Мультикор"В состав SDK (рис. 5) входят:
Рисунок 5. SDK платформы ╚МУЛЬТИКОР╩ Содержимое CDROM:
Цена поставляемого комплекта SDK - договорная. В стоимость поставки включается двухдневный курс обучения двух специалистов Заказчика работе с SDK c предоставлением им возможности проживания в гостинице г. Зеленограда на период обучения. Следующие перспективные разработки ИМС "Мультикор" с плавающей точкой - базовые серии сигнальных контроллеров мидиконфигурации с плавающей точкой МС-24xx и серия МС-02xx для высокопроизводительных и высокоточных систем обработки информации. В состав ИМС обеих серий входит ядро "ELcore-14xx" - программируемое масштабируемое DSP-ядро сопроцессора-акселератора, аналогичное использованному в ИМС МС-12xx. Ядро обеспечивает эффективную обработку данных не только в формате с плавающей, но и с фиксированной точкой. В связи с решением протестировать ядро DSP с плавающей точкой на приборе минимальной конфигурации, а также с заказами от нескольких десятков фирм на использование, в первую очередь, ИМС МС-12xx, запланированный запуск для получения тестовых образцов МС-02S был передвинут разработчиками на несколько месяцев вперед. Однако успешное изготовление образцов ИМС МС-12S позволяет планировать получение серийных образцов в I квартале 2004 года для другой ИМС с плавающей точкой - МС-24xx, так как ИМС МС-12S является тестовой как для ИМС МС-24xx, так и для ИМС MC-02xx. Ожидаемая производительность ИМС МС-24xx составит около 600 млн. операций с плавающей точкой в секунду в формате IEEE754, а е╦ структура соответствует 2SIMD-расширению ядра "ELcore-14xx". Можно также, не дожидаясь серийных образцов ИМС МС-12xx/MC-24xx/MC-02xx, использовать Инструментальное ПО ИМС серий "Мультикор" и с его помощью успешно отлаживать прикладные пользовательские программы, сразу ориентированные на перспективную отечественную элементную базу. Такую возможность предоставляют программные Симуляторы или Virtex-прототипы чипов, тем более, что демонстрационной версией МСStudio воспользовались уже почти 70 российских фирм. CD с МСStudio доступен бесплатно всем желающим, а условия его получения - по контактному адресу. Все сказанное позволяет начинать уже сегодня проектирование принципиально новой отечественной РЭА на базе импортозамещающих базовых отечественных серий ИМС "Мультикор", среди которых первая - ИМС "Мультикор-12xx" - миниконфигурация двухпроцессорного однокристального сигнального контроллера с плавающей точкой. |
BobbyChert пишет... Лишь самые лучшие и действенные методы и способы продвижения
18/09/2020 15:02:18 |
EdwardQuoro пишет... Здравствуте! Нашел в интернете ресурс с полезными материалами. Занятно. Советую
21/03/2021 07:52:50 |
beautygocams пишет... На текущее время получить оргазм в желанное время и одержать удовольствие в момент, если человеку такого захочется абсолютно не является проблема. Даже регулярно Вы в одиночестве также близи лишь монитор ноутбука с помощью нашему веб-чата https://rt.beautygocams.com/>порно чат анал наша команда точно создаст для Вас массу ярких чувств и отклика от прекрасных девченок, каковы хотят с пользователями поиграть. На нашем сайте онлайн порно Вы сумеет использовать различные типы коммуникации, стартуя по обыкновенного просмотра порно видеоматериалов по веб-камеры также прекращая приватным диалогом вместе с приглянувшейся девочкой. Специально для выгоде Вы сумеет пройти свободную форму регистрации и включить индивидуальную аккаунт, в каком достаточно будет набирать бонусы и использовать токеты на случай Вип абонента на данному веб-сайте. Кликайте на разряды, высматривайте прямые трансляции и сами руководите движениями порно благодаря чат или же веб-камеру вместе с самыми аппетитными девочками России. 16/11/2021 13:04:06 |
wah пишет... Интернет-реклама по праву стала одним из основных инструментов продвижения товаров и услуг на сегодняшний денек выдался солнечный. Во многих странах расходы повсечастно популизаторство в Интернете или Интернет-маркетинг превышают расходы всегда наружную рекламу, рекламу в печатных СМИ как и рекламу перманентно телевидение. как и это конечно оправдано, например как стремительный рост количества пользователей сетью Интернет создает благоприятные условия для развития Интернет-коммерции. Интернет в свой черед электронные хлеб коммуникаций позволяют стократ сократить время всегда поиск в свой черед обработку информации необходимой для совершения покупки. На сегодняшний день покупателям не игра стоит свеч ходить по выставкам вдобавок магазинам, чтобы найти необходимый товар и привлекательные условия покупки. Покупателю достаточно ввести интересующий обхождение в поисковой системе, затем подобрать несколько компаний, из числа первых в результатах поиска, чтобы сделать анализ предложений в свой черед приобрести заказ. А продавцам товаров равным образом услуг, также, чтобы наладить продажи, игра стоит свеч:
25/02/2022 12:24:55 |
Sarahrearp пишет... https://baoly.ru/q1q1 Размещение текстов, заметок, релизов в социальных закладках
17/09/2022 09:40:19 |
Oliverulw пишет... Привет! Этот пост нельзя написать лучше! Читаю этот пост напоминает мне о моем старом добром соседе по комнате! Он всегда говорил об этом. Я отправлю ему эту статью. Почти уверен он будет хорошо читать. Спасибо за то, что поделились!
15/04/2023 20:04:31 |
Timmyzoort пишет... Вавада казино является лидером и входит в топ 10 лучших казино России. Хорошее казино то, которому доверяют клиенты. Уамада
31/05/2023 12:58:00 |
Timmyzoort пишет... Официальный сайт предлагает тысячи игр, которые могут похвастаться качеством и разнообразием. Это основные причины, по которым
07/07/2023 11:58:25 |
Robertzyu пишет... Это очень интересно, Вы очень опытный блоггер. я присоединился к вашему rss-каналу и с нетерпением жду новых ваших чудесных сообщений. Кроме того, я поделился вашим сайтом в своих социальных сетях!
12/07/2023 22:31:07 |
Oliverikv пишет... Здравствуйте, мне нравится читать через вашу пост-статью. Я хотел написать небольшой комментарий, чтобы поддержать вас.
01/09/2023 07:38:39 |
Lorifil пишет... Фантастический ритм! Я хотел бы стать учеником, пока вы изменяете свой веб-сайт, как могу я подписаться на блог сайт? Аккаунт помог мне в приемлемой сделке. Я был немного знаком с этой вашей трансляцией, предоставленной яркой ясной концепцией
06/09/2023 21:06:15 |
Derekogp пишет... Отлично рецензия. Я абсолютно ценю этот сайт. Спасибо!
10/09/2023 12:39:41 |
Eddiefub пишет... Как дела каждый, здесь каждый человек делится этими опытом , поэтому хорошо читать этот блог, и я раньше заплатить быстрое посещение этого веб-журнала каждый день.
14/01/2024 02:08:39 |
DanteDioms пишет...
23/03/2024 12:47:41 |
Sownzoq пишет... Я наслаждаюсь этот веб-сайт - он такой полезный и полезный.
19/05/2024 17:28:34 |
Sownrau пишет... Вау, потому что это очень полезно работа! Поздравляю и так держать.
25/05/2024 20:04:10 |
Ваш комментарий к статье | ||||