TRAITEMENT DU SIGNAL. DSP PROTOTEAM TRAITEMENT DU SIGNAL. DSP

SOMMAIRE. I) PRESENTATION II)architecture de VAN NEWMAN et architecture de HAVARD III) Performance IV) Méthode et outils de développements V) une alternative aux DSP généralistes : les réseaux VI) L’application des DSP VII) Conclusion

Introduction

Introduit en 1982 Conçu pour être efficace programmable Il est toujours embarqué Traitement du signal:application d’opérations mathématiques sur des signaux Représentation des signaux sous formes d’échantillons Signaux numeriques obtenus grace aux signaux physiques et des CAN puis des CNA

I.PRESENTATION DU DSP

1.Définition d’un DSP DSP: Digital Signal Processor (processeur de signal numérique) Composant électronique de type microprocesseur pour les calculs Application principale : traitement de signaux numérique

2.Role d’un DSP dans un traitement de signal Utilisé pour le traitement du signal Un DSP est associé à de la mémoire (RAM ROM) et à des périphériques DSP fonctionne sous 2 modes : *mode microcontrôleur:fonctionne sur sa mémoire programme interne rapide *mode microprocesseur:fonctionne sur une memoire programme externe

Schema general d’utilisation d’un DSP permettant de developper un traitement de signal simple

Schéma électrique d’un traitement du signal CAN CNA DSP BLOQUEUR Signal Capteur Ve Vs Entrée direct numérique Sortie directe numérique F F2 F=filtre operationnel anti-repliement F2=passe bas filtre de lissage

Avantage du traitement numérique Les machines numériques :obtention d’1 meilleure précision et donc réalisation de différents filtres Permet d’enchaîner des algorithmes de traitement beaucoup plus complexes (ex transformée de Fourier Grande résistance aux bruits Précisions arbitraire Stabilité dans le temps Stockage des données ….

3.Utilité de l’utilisation d’un DSP Flexibilité de la programmation Stabilité Redondance

4.Architecture DSP DSP: conçus pour permettre une implémentation la plus parallèle possible des algorithmes préférés. permettre la réalisation séquentielle des opérations : architecture Von Neuman permettre la réalisation simultanée de plusieurs calculs : multiplication des registres. permettre plusieurs accès mémoire simultanée, multiplication des zones mémoire : Architecture de Harvard. lorsqu’on ne peut plus rendre une instruction plus rapide, entrelacer l’exécution de plusieurs instructions : pipe-line.

Le DSP est capable de traiter une somme de produit en cycle machine ce qui implique 2 bus, un multiplieur, une alu et un accu. Signal original x(n-i) Accumulateur A.L.U.

Un microprocesseur a un temps trop important pour faire un traitement rapide de signal DSP : conçus pour optimiser le temps de calcul DSP moyen effectue une opération MAC sur des données de 16 bits en moins de 25 nS, soit 40.106 opérations/ s .

. MAC :multiplication suivie d’une addition Accès mémoire simultanée Filtre RIF à N éléments : équation y(n)=a0*x(n)+a1*x(n-1)+a2*x(n-2)+...+aN-1*x(n-N-1) .

Architecture des DSP

Deux modeles

PERFORMANCE DES DSP 1) Mesure de vitesse de calcul pure

PERFORMANCE DES DSP 2) Mesure du temps d'exécution (« Benchmark »)

Format de calcul des DSP .

Les avantages des processeurs virgule fixe. Leur architecture simple donc leur faible coût, et leur faible consommation. Ce type de processeurs lisent les bits comme des fractions en puissance négative de 2. Ainsi le nombre 0.75 est traité comme 0.5 + 0.25, soit 6000 en hexadécimal (0110|0000|0000|0000), au format 16 bits. La principale limitation de ce format est la plage de variation, comprise en -1.0 et +1.0. Par contre, l'architecture de calcul, notamment la multiplication de deux nombres en virgule fixe, est relativement simple, leur coût est donc plus faible.

Les processeurs à virgule flottante. En virgule flottante, les données sont codées sous la forme d'une mantisse, multipliée par un exposant. Les nombres sont alors limités de 5.8 x10e- 39 à 3.4x10e38. Ils utilisent une notation des nombre sous forme d'exposant et de mantisse, ils ont en général une puissance de calcul beaucoup plus élevée et sont donc plus cher. Les processeurs à virgule flottante ne sont utilisés que dans les applications à grande puissance de calcul, et pour traiter des signaux de très grande dynamique

4. Méthodes et outils de développements.

4. Méthodes et outils de développements La souplesse du développement d’applications à base de DSP est un avantage important en termes de temps, de facilité, de fiabilité, et donc de coût. La partie matérielle : elle inclut la mise en œuvre du DSP lui-même, mais aussi la création d’une chaîne d’acquisition et/ou de restitution du signal (parfois des signaux) à traiter. Partie logicielle : elle s’appuie sur des outils classiques adaptés aux spécificités des DSP. L’approche est différente de celle utilisée pour la partie matérielle.

4.1. Définition des ressources nécessaires Cette phase doit permettre d’évaluer les besoins nécessaires à la mise en œuvre du système de traitement numérique du signal voulu. Elle consiste notamment à définir les spécifications de la chaîne d’acquisition et de restitution du signal

4.2. La sélection du DSP le plus adapté La sélection d’un DSP se base avant tout sur la puissance de traitement nécessaire, et sur le résultat de benchmarks réalisant des fonctions représentatives des traitements à réaliser. Toutefois, la performance du DSP n’est pas le seul critère à prendre en compte

4.3. Structure matérielle de développement Un environnement (ou système) de développement pour DSP peut être scindé en deux parties principales: Un environnement de développement pour créer et mettre en forme le logiciel de l’application (création du source, utilisation des bibliothèques, assemblage). Un environnement de développement utilisant des outils spécifiques pour tester et déboguer le logiciel de l’application (simulateur, module d’évaluation, émulateur).

4.3.1. Le simulateur Le simulateur est un programme particulier exécuté par un PC ou une station de travail. Son rôle consiste à simuler le plus exactement possible le fonctionnement du DSP cible. L’interface utilisateur du simulateur permet de consulter les mémoires, tous les registres internes du DSP, ses entrées/sorties, etc. Le simulateur exécute chaque instruction DSP comme le ferai le DSP lui-même, et en répercute les résultats dans les mémoires et les registres simulés.

4.3.2. Le module d’évaluation Le module d’évaluation se présente sous la forme d’une carte électronique incorporant le DSP cible et le minimum des ressources nécessaires à sa mise en œuvre, telles que des mémoires externes, un AIC, le cas échéant une liaison série RS232, et une alimentation. La partie matérielle est figée et n’est pas (ou alors très peu) évolutive. Un module d’évaluation s’utilise donc généralement « tel quel », et est surtout utile quand ses caractéristiques recouvrent celles de l’application à développer. Le module

4.3.3. L’émulateur temps réel L’émulateur temps réel est l’outil privilégié pour développer des applications DSP. C’est l’outil le plus souple et le plus performant, car il ne souffre pas des limitations d’un simulateur ou d’un module d’évaluation. Son rôle consiste à émuler en temps réel le fonctionnement du DSP au sein même du prototype de l’application à développer. Toutes les ressources du DSP cible sont libres pour tester non seulement le code du programme de l’application, mais également le fonctionnement du prototype.

4.4. Structure logicielle de développement Les deux principales méthodes pour écrire un programme DSP consistent à utiliser un assembleur dédié ou un langage de haut niveau.

5. Une alternative aux DSP généralistes : les réseaux logiques programmables Les réseaux logiques programmables (ou plus généralement les circuits apparentés : FPGA, PLD, mais également les ASIC), incluant de la SRAM peuvent le cas échéant également faire office de DSP. Des fonctions de traitement numérique du signal simples peuvent être réalisées par des circuits dédiés, plutôt que par l’approche logicielle des DSP classiques.

5.1. Avantage des réseaux logiques programmables L'approche classique pour effectuer un traitement numérique du signal consiste à utiliser un DSP traditionnel.

5.2. Utilisation pratique Bien que moins universel qu’un DSP, un circuit dédié peut néanmoins réaliser un certain nombre de fonctions, telles que des filtres FIR et IIR, des corrélateurs, des extracteurs de données... Filtre FIR (8 pôles)Filtre IIR (8 pôles)PLD gamme Altéra Flex75 Mèche./s25 Mécha./sDSP 20 MIPS< 1 Mécha./s< 1 Mécha./s

APPLICATIONS.

Le rôle des DSP dans les mobiles GSM. Dans un téléphone portable le processeur de traitement du signal n'occupe que 10% à 20% du logiciel embarqué, mais requiert 80% de la puissance, souvent notée en MIPS (Million of instructions per second). De multiples algorithmes de traitement du signal sont inclus dans les téléphones, depuis le codage / décodage du son dans les premières versions (dite 1G pour génération 1), jusqu'à la compression / décompression de l'image en génération 3.

Les DSP dans le GSM . La conception générale d'un mobile GSM Les mobiles GSM peuvent être décomposés en 4 parties principales: Le codage/décodage de la voix appelé aussi traitement en bande passante Les circuits de modulation et d'émission les circuits de réception et de modulation Les circuits de contrôle (émission/réception, porteuse, puissance, alimentation, ...)

Evolution de la complexité des algorithmes de traitement du signal dans les téléphones.

Chaîne d'émission des données. Les données (analogique) du micro sont tout d'abord numérisées par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique/numérique (CAN). Ces données passent ensuite par le DSP pour traiter le signal. Le DSP restitue deux signaux ( TXI(t) et TXQ(t) ). Ces deux signaux sont ensuite multipliés par une tension de référence et additionnés. Ce signal est ensuite prêt à être envoyé par l'intermédiaire de l'antenne.

Circuit DSP. Dans les GSM, le DSP à plusieurs rôles: Vocodeur ,Cryptage Codage Filtre passe bas gaussien Intégrateur numérique Calculateur numérique Le calculateur numérique restitue deux signaux TXI(t) et TXQ(t) qui sont ensuite convertis en signaux analogiques.

DSP dans le son. Sigle signifiant Digital Sound Processing. Il désigne les effets acoustiques recréés par un processeur numérique pour donner l'impression à l'utilisateur qu'il se trouve dans une salle de concert, une église, ou un bar de quartier, à partir d'un signal stéréo traditionnel. On trouve ces modes DSP dans les amplificateurs audio vidéo multicanaux.

LES DSP AUJOURD HUI

Conclusion Le marché des DSP