Обзор архитектуры процессоров SHARC

Супергарвардская Архитектура (Super Harvard Architecture)

32-разрядные процессоры с плавающей точкой SHARC® компании Analog Devices основаны на расширенной гардвардской (супергарвардской) архитектуре, которая обеспечивает сочетание исключительной производительности ядра и памяти с превосходной пропускной способностью ввода/вывода. В супергарвардской архитектуре оригинальная концепция раздельных шин памяти программ и памяти данных расширена за счет добавления процессора ввода/вывода с отдельными шинами. Помимо архитектурных решений, призванных удовлетворить потребности самых ресурсоемких задач обработки сигналов в режиме реального времени, в процессорах SHARC интегрированы блоки памяти большого объема и различные специализированные периферийные модули, предназначенные для упрощения процесса проектирования и сокращения времени от задумки концепции до выхода продукта на рынок.

На сегодняшний день линейка процессоров SHARC включает в себя четыре поколения программно совместимых продуктов, варьирующихся от компонентов начального уровня стоимостью менее 10$ до компонентов с наивысшим быстродействием, которые обеспечивают производительность арифметических операций в форматах с фиксированной и плавающей точкой до 450 МГц/2700 MFLOPs (миллионов операций с плавающей точкой в секунду). Независимо от выбранного продукта все процессоры семейства SHARC обладают общим набором особенностей и функциональных возможностей, которые могут представлять интерес во многих отраслях электроники и задачах цифровой обработки сигналов. Эта унификация функциональных возможностей позволяет пользователям процессоров SHARC использовать существующее программное обеспечение и накопленный опыт при переходе к продуктам семейства с большей производительностью и большей степенью интеграции.

Общие архитектурные особенности

  • Арифметика с 32/40-разрядными числами в формате с плавающей точкой стандарта IEEE
  • 32-разрядные умножители чисел в формате с фиксированной точкой с 64-разрядным произведением и 80-разрядным накоплением
  • Отсутствие арифметического конвейера; все вычисления выполняются за один такт
  • Аппаратная поддержка адресации циклических буферов
  • 32 указателя адреса для поддержки 32 циклических буферов
  • Аппаратная поддержка до шести вложенных циклов с нулевыми непроизводительными издержками
  • Алгебраический синтаксис языка ассемблера с богатым набором операций
  • Набор команд с поддержкой условных арифметических операций, манипуляции битами, деления и взятия квадратного корня, а также извлечения и внесения битовых полей
  • Контроллер прямого доступа к памяти (DMA) для фоновых пересылок данных с нулевыми непроизводительными издержками, осуществляемых на максимальной рабочей частоте без вмешательства ядра процессора

Продукты первого поколения семейства SHARC обладают производительностью до 66 МГц/ 198 MFLOPs и образуют фундамент семейства процессоров SHARC. Их простой в применении набор команд, поддерживающий 32-разрядные данные в формате с фиксированной точкой и 32/40-разрядные в формате с плавающей точкой, в комбинации с большим объемом памяти и продвинутыми портами связи позволяют использовать данные процессоры в широком спектре задач, требующих параллельных вычислений, в таких областях, как бытовая аудиоаппаратура, медицинские системы визуальной диагностики, военная электроника, промышленная и измерительная техника.

Продукты второго поколения семейства SHARC дают повышение производительности в задачах обработки сигналов в два раза (100 МГц / 600 MFLOPs) за счет поддержки режима SIMD (Single-Instruction, Multiple-Data, одна команда-много данных). Благодаря расширению аппаратных средств количество вычислительных ресурсов, доступных для системного программиста, удваивается по сравнению с процессорами SHARC первого поколения. Продукты второго поколения содержат два набора умножителей, АЛУ, устройств сдвига и регистровых файлов данных, что приводит к значительному увеличению общей производительности системы в разнообразных задачах. Особый интерес это может представлять для бытовых, автомобильных и профессиональных аудиосистем, в которых режим SIMD обеспечивает эффективное выполнение алгоритмов, связанных с обработкой стереосигналов.

Продукты третьего поколения семейства SHARC основаны на усовершенствованной архитектуре SIMD, которая позволяет увеличить производительность процессорного ядра до 450 МГц/2700 MFLOPs. В них также интегрированы разнообразные конфигурации постоянной памяти (ROM) и специализированные периферийные модули для аудиосистем, обеспечивающие сокращение времени от задумки концепции до выпуска продукта на рынок и сократить общую стоимость компонентов системы. Повышенный уровень производительности и интеграции периферийных модулей позволяет рассматривать процессоры SHARC третьего поколения в качестве однокристальных решений для разнообразных приложений обработки звука.

Четвертое поколение процессоров SHARC® на сегодняшний день включает в себя ADSP-21486, ADSP-21487, ADSP-21488 и ADSP-21489. Эти процессоры обладают повышенной производительностью, имеют аппаратные ускорители операций фильтрации, прикладные периферийные модули и периферийные модули для аудиосистем, а также новые конфигурации памяти с поддержкой новейших алгоритмов декодирования объемного звука. Все устройства совместимы друг с другом по выводам и обладают полной программной совместимостью со всеми предыдущими процессорами SHARC. Эти новые представители четвертого поколения семейства процессоров SHARC построены на базе ядра, работающего в режиме SIMD с поддержкой арифметических операций над 32-разрядными числами в формате с фиксированной точкой и 32-/40-разрядными числами в формате с плавающей точкой, что делает их особенно привлекательными для высококачественных систем обработки звука.


Дополнительные ресурсы

Руководство новичка по цифровой обработке сигналов (DSP)