Компанія AMI Semiconductor спеціалізується на розробці електронних компонентів для нішевих сегментів ринку. Компанія не обійшла своєю увагою і ринок DSP-процесорів, пропонуючи кілька цікавих рішень, про які й піде мова.
AMI Semiconductor позиціонує свої процесори як системи для обробки аудіосигналів. При цьому вони мають «фамільними» рисами, які відрізняють їх від традиційних DSP-процесорів. В першу чергу вони мають дуже малим розміром корпусу (кілька міліметрів), дуже низьким енергопотребеленіем (менше 1 мА) і 24-бітної розрядністю, завдяки якій досягається великий динамічний діапазон при обробці аудіосигналів. Не важко здогадатися, що область застосування таких процесорів - портативні носяться аудіо з автономним джерелом живлення, зазвичай малої місткості. До них відносяться не тільки звичні нам мобільні телефони, але і телефонні гарнітури, пристрої hands-free, цифрові слухові апарати та інші. Розглянемо ці пристрої більш докладно.
Ezairo 5900
Процесори цієї серії призначені в першу чергу для застосування в цифрових слухових апаратах.
Основні особливості Ezairo 5900:
- 24-бітове DSP-ядро з конфігурованим прискорювачем обчислень;
- Високоякісна обробка аудіосигналів: динамічний діапазон 85 дБ з можливістю розширення до 110 дБ;
- 4 паралельних і незалежних АЦП для підключення мікрофона, перетворювача магнітного поля в електричний струм (так званий «telecoil» - використовується в слухових апаратах) і лінійного аудіосигналу з аудіопрогравачів;
- Підтримка адаптивних алгоритмів обробки звуку з надзвичайно низькою груповий затримкою, менше 1 мс;
- Розвинені засоби управління споживаної потужністю;
- Ультранизька споживана потужність: менше 1 мА;
- Лінії для прямого підключення приймача аудіосигналу;
- Змінна частота опорного генератора в межах від 1,28 МГц до 5,12 МГц для оптимізації споживаної енергії і продуктивності;
- Розмір корпусу 5,98х3,46х 1,60 мм;
- 256 кбіт EEPROM.
Завдяки наявності DSP-ядра на базі цього процесора можлива побудова аудіопристроїв з адаптивними алгоритмами контролю рівня сигналу, ехокомпенсаціі, шумозаглушення і інших систем поліпшення звуку.
Блок-схема процесорів сімейства Ezairo 5900 показана на рис. 1.
Мал. 1. Блок-схема Ezairo 5900
Вхідні каскади процесора забезпечують селекцію, попереднє посилення, аналогоцифрового перетворення аудіосигналів з подальшою децимації. Чотири назавісімо АЦП можуть бути попарно об'єднані для отримання одного каналу з розширеним динамічним діапазоном в 110 дБ.
IOC - контролер вхідних / вихідних сигналів (Input Output Controller) розподіляє сигнали з обчислювальних модулів.
On-chip Peripherals - периферія, яка містить блок управління живленням, який здатний детектувати різні стану батареї, такі як установка / витяг батареї, розряд і ін. Ланцюги управління тактовою частотою для регулювання споживаної потужності. Крім цього є блок захисту від запобігання несанкціонованого доступу до програмного коду.
HEAR - апаратний обчислювач, по суті представляє собою банк фільтрів, які можуть обробляти сигнал як в тимчасовій, так і в частотній областях. Управління модулем здійснюється за допомогою спеціального макромови.
CFX DSP Core - 24-бітове DSP-ядро здатне виконувати дві операції МАС за один такт. Ядро взаємодіє з модулем HEAR через розділяється Двопортовий пам'ять, яка служить для зберігання коефіцієнтів фільтрів.
Output Stage - вихідний каскад, що комбінує експандер частоти дискретизації з ланцюгами для прямого підключення приймача аудіосигналу. Працює з нормальною і підвищеним навантаженням. Живиться з розв'язкою по постійному струму для забезпечення кращої якості відтворення звуку.
Interfaces - інтерфейсні лінії для підключення зовнішньої периферії, яка застосовується в слухових апаратах - кнопка включення, регулятор гучності, лінії для підключення батареї.
Як ми бачимо, Ezairo 5900 являє собою закінчену систему на одному кристалі, яка вимагає мінімальної кількості додаткових компонентів. Процесор має дуже маленькими розмірами і низьким енергоспоживанням, тому з успіхом може бути використаний в мініатюрних слухових апаратах різних типів.
BelaSigna 300, 250, 200
Це ще одне сімейство високопродуктивних процесорів компанії AMIS. Всі вони володіють розвиненою периферією, включаючи лінії GPIO і UART. BelaSigna 250, 200 побудовані на базі 16-розрядного DSP-ядра RCore і мають тактові частоти 50 МГц і 33 МГц. BelaSigna 300 використовує 24-розрядний DSP CFX і працює на частоті 40 МГц. Всі вони мають 8 До слів для пам'яті даних і 12 К слів пам'яті програм.
Для визначеності детально розглянемо BelaSigna 300 - головного представника цього сімейства. BelaSigna 300 за своєю будовою схожий на Ezairo 5900, але володіє більшою продуктивністю, внаслідок чого може вирішувати більш складні завдання обробки аудіосигналів. Блок-схема процесора показана на рис. 2.
Мал. 2. Блок-схема BelaSigna 300
Основні особливості BelaSigna 300:
- 24-бітове DSP-ядро;
- Низьке енегопотребленіе: 1 ... 10 мА;
- Динамічний діапазон 88 дБ з можливістю розширення до 110 дБ;
- Частота дискретизації від 8 до 60 кГц;
- Чотири незалежні аудиовхода;
- I2C-інтерфейс для налагоджувальних цілей та іншої комунікації;
- Конфігурується PCM-інтерфейс для введення / виведення аудіо сигналів;
- UART, SPI і п'ять GPIO ліній;
- 2 звичайних і один сторожовий таймер;
- Високоякісні вихідні каскади з ШІМ-підсилювачами класу D;
- Максимальний струм навантаження 25 мА;
- Підтримка адаптивних алгоритмів обробки звуку з надзвичайно низькою груповий затримкою;
- 128-бітове AES-шифрування для захисту програмного забезпечення та даних користувача від несанкціонованого доступу;
- Тактова частота процесора не більше 40 МГц;
- Розмір корпусу 3,63х2,68х 0,92 мм.
У цьому процесорі контролер вхідних і вихідних сигналів (IOC) побудований на основі контролера прямого доступу до пам'яті, який бере на себе завдання з пересилання даних без використання ядра DSP.
У порівнянні з Ezairo 5900 BelaSigna 300 працює на значно більшій тактовій чатоти, з більшою частотою дискретизації сигналу і відповідно великим енергоспоживанням
Для обміну даними між 24-розрядних DSP-процесором CFX і прискорювачем HEAR передбачена двухпортовая пам'ять розміром 4864х48 біт.
Tocatta Plus
Tocatta Plus є ще одним рішенням для використання в цифрових слухових апаратах. Воно виглядає явно більш полегшеним в порівнянні з Ezairo 5900, зате володіє меншим енергоспоживанням. Блок-схема процесорів сімейства Tocatta Plus показана на рис. 3.
Мал. 3. Блок-схема Toccata Plus
Основні характеристики процесора Tocatta Plus:
- Струм: 400 мкА на опорній частоті 1,28 МГц;
- Напруга живлення 1,2 В;
- 16-бітове DSP-ядро;
- Частота ядра 1,28 МГц, 1,92 МГц і 2,56 МГц;
- WOLA-співпроцесор, що представляє собою банк фільтрів, що працюють в частотній області на основі БПФ з використанням алгоритму на основі зважування з перекриттям і додаванням. Продуктивність блоку становить 5 MIPS / МГц;
- 8 До слів пам'яті RAM для зберігання даних і 12 К слів RAM для зберігання програм;
- Двоканальний 16-розрядний АЦП / ЦАП з вбудованими підсилювачами, атенюатори і фільтрами;
- Програмовані частоти дискретизації до 40 кГц;
- Кілька цифрових інтерфейсів включаючи GPIO, SPI і оцінний порт;
- Кілька низькошвидкісних аналогових входу (10 біт АЦП, при номінальній частоті дискретизації 1,6 кГц);
- Є можливість підключення зовнішніх потенціометрів і перемикачів.
RCore є 16-бітний DSP-процесор, здатний виконувати одну операцію МАС за один такт. Розрядність акумулятора 40 біт. Два модуля генерації адрес (AGU) і модуль управління виконанням програм формують центральний обчислювальний модуль. Взаємодія з WOLA-сопроцессором здійснюється через розділяється Двопортовий пам'ять, яка забезпечує одночасний доступ до даних з двох сторін.
IOC-контролер, так само, як і в розглянутих вище процесорах, побудований на основі контролера прямого доступу до пам'яті, що дозволяє здійснювати пересилання даних без втручання центрального процесора. Реалізовані в контролері схеми індексної адресації дозволяють максимізувати ефективність пересилань даних і спростити розробку програм. Може працювати в моно- і стерео.
Для свого розміру Tocatta Plus має досить багатий набір зовнішніх інтерфейсів, включаючи паралельний, послідовний, синхронний, асинхронний інтерфейси. Процесор має 16 ліній загального призначення (GPIO) і підтримує до 6 низькошвидкісних аналогових входів.
Orela 4500
Orela 4500 являє собою ще одну різновид процесорів для слухових апаратів. Відмітна особливість цього процесора - в наявності вбудованого EEPROM розміром 256 кбіт, а також отладочного порту TWSS, який сумісний з інтерфейсом I2C і може використовуватися для цілей логгірованія в реальному часі. Блок-схема процесора показана на рис. 4.
Мал. 4. Блок-схема Orela 4500
Основні характеристики процесора Orela 4500:
- Частоти ядра 1,28 МГц, 1,92 МГц і 2,56 МГц, 3,84 МГц, 5,12 МГц;
- Високоякісні аудіоінтерфейси: динамічний діапазон 87 дБ з дуже малим рівнем власного шуму;
- Низький рівень споживання енергії: 950 мкА на частоті 5,12 МГц;
- Низька групова затримка сигналу: менше 4 мсек;
- Вбудована пам'ять EEPROM 256 кбіт;
- Підтримка механізмів захисту від несанкціонованого доступу до програми і даними;
- Входи для основного і спрямованого мікрофонів, перетворювача магнітного поля в електричний струм і аудіо;
- Засоби управління живленням для економії електроенергії;
- Розмір корпусу 5,98х3,46х 1,65 мм.
Orela 4500, так само, як і Tocatta Plus, використовує 16-бітове DSP-ядро RCore і WOLA-співпроцесор. Порт TWSS працює на швидкостях до 400 кбіт / сек при частоті опорного генератора рівною або вище 1,92 МГц.
Вихідний каскад, так само, як і у інших процесорів AMI, має вбудований експандер частоти, фільтри, ЦАП, атенюатори.
Налагоджувальний порт використовується для завантаження образу програм і взаємодії з налагоджувальними засобами. Працює на швидкостях до 115,2 кбіт / сек.
DSP-ядра RCore і CFX
DSP-ядра RCore і CFX використовуються в процесорах AMI як основний обчислювальний елемент. За архітектурою і системі команд вони схожі на DSP-процесори Freescale серії DSP563xx, що випускаються вже багато років. Їх відмітною особливістю є поділ пам'яті даних на два типу X і Y. Відповідно інструкції дозволяють за один такт витягувати по
одного операнд з кожного типу пам'яті даних і виконувати операції над ними. Набір інструкцій містить базові операції для комплексної арифметики і обробки стереосігналов. Здатність обробляти дані з 24-бітної точністю є безперечною перевагою ядра CFX, що дозволяє зберігати лінійність аудиотракта в великому діапазоні амплітуд. Людське вухо є дуже чутливим органом, тому ефекти, пов'язані з кінцевою розрядністю при обробці з 16-бітної точністю будуть прослуховуватися добре. Велика розрядність також позитивно впливає на точність і швидкість збіжності адаптивних алгоритмів.
EDK - засоби розробки для процесорів AMI
Компанія AMI пропонує EDK (Evaluation Development Kit) - повністю закінчене рішення для створення і налагодження програмного забезпечення під свої процесори. EDK включає в себе:
- Макетну плату;
- Кабель RS-232;
- Адаптер електроживлення (100 ... 240 В, 9 В, 1,1 А);
- Програмне забезпечення EDK;
- Конфігуратор EEPROM;
- Системні бібліотеки;
- Приклади програм;
- Набір документації з інтегрованими можливостями для динамічного пошуку інформації.
Програмне забезпечення EDK включає в себе просунутий текстовий редактор з можливістю підказок, конфігуратор проектів, консоль для виведення інформації про збірку проекту і т.д. Також підтримується відладчик зі стандартними можливостями по покрокового виконання, установкою точок зупину, перегляду змінних та ін.
Автору не вдалося попрацювати з EDK, але, судячи з усього, вона заснована на платформі Eclipse. Eclipse написана на мові JAVA і вже отримала широке поширення як універсальна крос-платформна середовище розробки. Зручний і гнучкий інтерфейс Eclipse дозволяє налаштовувати робочу область на свій смак. Основна ідея Eclipse складається в позбавленні розробника від необхідності заново освоювати середовище розробки при переході від однієї платформи до іншої. До недоліків Eclipse можна віднести підвищені вимоги до продуктивності робочої станції. Залишається також неясним, чи є в EDK генератор make-файлів для автоматичного складання проекту. Швидше за все застосування готової платорми Eclipse продиктовано бажанням здешевити вартість комплекту і заощадити на розробці свого власного середовища.
Ще один цікавий компонент CTK (Communication Toolkit) - являє собою набір засобів для розробки додатків для спілкування з пристроями на базі процесорів AMI з керуючого комп'ютера. CTK пропонує набір низько- і високорівневих інтерфейсів на мовах .Net, C ++, Visual Basic і Python, а також інтерфейс для вбудовування в додатки, що підтримують СОМ-інтерфейс (наприклад LabView). CTK включає приклади коду, документацію і повну підтримку для розробки скриптів на Python.
САА (Communication Accelerator Adaptor) - компонент для високошвидкісного обміну даними через USB-I2C інтерфейс.
WOLA Toolbox - дозволяє розробляти і порівнювати алгоритми обробки сигналів для систем на базі DSP-процесорів AMI шляхом симуляції роботи WOLA-фільтрів перед реалізацією в реальному масшабов часу. Інструмент складається з бібліотеки з інтерфейсами для підключення до моделей, написаним в середовищі Matlab або на мові С. Бібліотека може бути підключена до моделей, написаним на С / С ++, VisualBasic, Python.
У складі EDK є ще SignaKlara Blockset - бібліотека блоків для швидкої розробки алгоритмів цифрової обробки сигналу в середовищі Simulink.
Кілька слів про компіляторі мови С для процесорів AMI. Розробка ефективного компілятора мови С для DSP завжди була справою складною. Існуючі модифікації гарвардської архітектури DSP важкі і незручні для компіляторів. У процесорах AMI справа ускладнюється ще й дуже невеликим розмірів доступної пам'яті, тому завдання генерації компактного і ефективного коду є першочерговим. Компанія AMI знайшла свій компромісний варіант вирішення цієї проблеми.
Компанія розширила стандартна мова С в бік спрощення інтерфейсу з частинами програмного коду, написаними на асемблері.
Наприклад, в текст З програми можна вставити такі рядки ASM-коду:
/ $
CLB A // Нормалізація A
SHFT A
$ /
Компілятор просто вставить асемблерні інструкції між специфікаторами / $ і $ / в код. Для реалізації С-функції на асемблері використовується наступний синтаксис:
int func (register int a, register XMEM int * xp)
{
register YMEM int * yp;
register int r @ REG_AH;
/ $
// Assembler using @a, @xp, @yp, @r
...
$ /
return r;
}
У цьому коді специфікатор register дає вказівку компілятору зберігати покажчик yp в регістрі процесора. Специфікатор YMEM визначає тип пам'яті, на яку вказує yp. @REG_AH вказує, що змінну r треба покласти в конкретний регістр AH.
Так як EDK не містить симулятора процесора, таку «асемблерну оптимізацію» можна робити тільки з використанням макетної плати.
Узагальнюючи написане, можна сказати, що AMI пропонує для розробників унікальні процесори для обробки аудіосигналів, які становлять закінчені і повнофункціональні системи, що поєднують в собі дуже маленькі розміри, низьке енергоспоживання і відносно високу продуктивність. Вони явно націлені на нішевий сегмент ринку малогабаритних аудіопристроїв. Однак область застосування даних процесорів може виходити за рамки ринку побутової і медичної електроніки. Процесори можуть знайти своє застосування в спеціалізованих засобах зв'язку, наприклад, в інтелектуальних детекторах голосової активності, в голосових Шифратори для зв'язку в умовах підвищеного рівня шуму і т.д.
Пропоновані засоби розробки дозволяють ефективно моделювати і прототіпіровать алгоритми цифрової обробки сигналів.
література
1. Ultra-Low-Power Application Development with RCore C and Assembler Alan Rooks, Etienne Cornu. http://www.amis.com/
2. An Ultra Low-Power WOLA Filterbank Implementation in Deep Submicron Technology. P. Balsiger, Ch. Calame, A. Drollinger, http://www.amis.com/
3. Evaluation and Development Kit (EDK), Development tools for AMIS DSP-based hearing and audio products http://www.amis.com/
4. BelaSigna 200/250/300, Orela 4500, Toccata Plus, Ezairo 5900 dataheets http://www.amis.com/
Відповідальний за напрям в Компел - Валерій Куликов
Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]
Нові імпульсні стабілізатори
Компанія ON Semiconductor розробила два нових імпульсних стабілізатора для спрощення конструкції вбудованих джерел живлення в додатках з високою щільністю потужності. Новий рівень інтеграції, дозволяє замінити DC / DC-модулі на вбудовані вузли для зниження вартості при збільшенні щільності потужності. Мікросхеми NCP3101 і NCP3102 є інтегральними імпульсними регуляторами, що відповідають все зростаючим вимогам галузі на ефективні конструкції з високою щільністю потужності.
NCP3102 - синхронний імпульсний стабілізатор зі струмом 10 А.
NCP3101 - 6 А синхронний імпульсний стабілізатор.
Про компанію
...Читати далі
