Aplicaciones del procesamiento de señales

  • Telefonía celular: Compresión de voz e igualación de canal.
  • Módem: Canceladores de eco y ecualizadores de canal.
  • Procesamiento de imágenes: Compresión, reconocimiento de patrones, detección de rostros, reducción de ruido, seguimiento de objetos y cancelación de fantasmas.

Ventajas del procesamiento digital

El procesamiento digital ofrece alta inmunidad al ruido, bajo costo, tiempo reducido de diseño y una alta capacidad de reconfiguración.

Elementos básicos de un sistema de procesamiento digital

Los elementos requeridos son: Entrada analógica, Filtro, ADC, Sistema de procesamiento digital (DSP, FPGA, ASIC, etc.), DAC, Filtro y Salida analógica.

  • Entrada analógica: Punto de ingreso de la señal.
  • Filtro: Acondicionamiento previo de la señal analógica.
  • ADC: Conversión de señal analógica a digital.
  • Sistema de procesamiento digital: Núcleo donde se procesa la señal digitalizada.
  • DAC: Conversión de señal digital a analógica.
  • Filtro: Filtrado de la señal analógica resultante.
  • Salida analógica: Obtención del resultado final.

Criterios de selección para el procesador

  • FPGA: Ideal para bajos volúmenes de producción y periodos de diseño rápidos.
  • DSP: Alta demanda de operaciones matemáticas complejas.
  • ASIC: Justificado únicamente para grandes volúmenes de producción debido al alto costo de fabricación.
  • PC: Uso de hardware de adquisición de datos con software de alto nivel (Matlab, LabVIEW) o bajo nivel (C, Basic).

DSP vs. FPGA en sistemas embebidos

  • FPGA: Se utilizan cuando las operaciones no son excesivamente complejas y se requiere aprovechar la concurrencia (procesamiento en paralelo).
  • DSP: Se emplean principalmente en aplicaciones con algoritmos complejos, ejecutando operaciones de manera secuencial.

Definición de Procesador Digital de Señales (DSP)

Es un microprocesador de propósito particular (dedicado) con características estructurales especiales que maximizan el rendimiento en memoria y velocidad, optimizado para ejecutar algoritmos de procesamiento digital de señales.

Diferencias entre arquitecturas

  1. A diferencia de un microprocesador estándar, un DSP posee bloques MAC (Multiplicador-Acumulador) y bloques de corrimiento.
  2. En un microprocesador general, la memoria principal (RAM) almacena tanto datos como instrucciones, mientras que los DSP suelen separar estos espacios.

Importancia del multiplicador-acumulador (MAC)

Permite implementar la operación a = a + (x * y) en un solo ciclo de reloj.

Algoritmos con multiplicaciones-acumulaciones

Ejemplos: a = a + x * y y y(n) = zcNgJDWccGoI5dusv0+Q1+rQOMSTnbiec6cR8qVw x(n-k).

Características de la arquitectura DSP

  • Memoria segmentada y buses dedicados para datos e instrucciones.
  • Uso extensivo del paralelismo (hardware e instrucciones tipo pipeline).
  • Unidades funcionales independientes con registros propios.
  • Soporte para direccionamiento especial (módulo y bit-reverse) para cálculos FFT.
  • Registros de corrimiento para optimizar filtros IIR y FIR.

Criterios de selección de un DSP

  • Velocidad: Medida en MIPS (Mega Instrucciones por segundo) o MFLOPS (Mega Operaciones de punto flotante por segundo).
  • Representación numérica: Punto flotante o punto fijo.
  • Otros: Capacidad de memoria, consumo de energía, ancho de banda, costo y opciones de empaquetamiento.

Punto fijo vs. Punto flotante

La aritmética de punto flotante es más compleja en hardware pero ofrece mayor resolución.

Ventajas de la aritmética de punto flotante

Ofrece un tiempo de prototipado más corto y mayor precisión, aunque con un consumo de energía superior (1-3 W), siendo ideal para audio profesional, automoción e imágenes médicas.

Características de la familia TI ‘C6000

Ocho unidades funcionales en paralelo (6 ALU y 2 multiplicadores).
Ejecución de paquetes de instrucciones en serie o paralelo.
32 registros de propósito general (32 bits).
Soporte para aplicaciones de 8/16/32 bits.
Controlador DMA multicanal y puertos seriales.

Rendimiento del DSP ‘C6713

CPU de 225 MHz capaz de realizar 450 millones de MACs/s y 1800 RISC MIPS.

Arquitectura de datos e instrucciones del ‘C6713

  • Tamaño de palabra de datos: 32 bits.
  • Tamaño de palabra de instrucción: 256 bits (muy largo).
  • Ocho unidades funcionales de 32 bits con rendimiento de ciclo único.

Power On Self Test (POST)

Mecanismo de autodiagnóstico de 15 segundos que verifica los subsistemas de la tarjeta DSK. Si es exitoso, los cuatro LEDs parpadean tres veces y permanecen encendidos.

Diagnostic Utility

Programa utilizado para realizar pruebas exhaustivas de los componentes de la tarjeta de desarrollo C6713 DSK.