FI101180B - Osoitusmenetelmä signaaliprosessorissa sekä osoitusmenetelmään soveltu va signaaliprosessorin oheispiiri - Google Patents

Description

101180

Osoitusmenetelmä signaaliprosessorissa sekä osoitus-menetelmään soveltuva signaaliprosessorin oheispiiri 5 Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen osoitusmenetelmä signaaliprosessorissa.

Keksinnön kohteena on myös osoitusmenetelmään soveltuva signaaliprosessorin oheispiiri.

10

Nopeissa signaaliprosessoreissa, joiden toimintajakson pituus on tyypillisesti luokkaa 25 - 50 ns, ulkoisen data-muistin tai ulkoisten rekistereiden käyttö vaatii usein odotusjaksoja, koska prosessorin hakuaikavaatimukset ul-15 koiseen muistiin osoitettaessa ovat liian kovat. Reaaliaikaista signaalinkäsittelyä tekevässä signaaliprosessorioh-jelmassa jokainen odotusjakso on kuitenkin liikaa ja niistä tulisi päästä eroon.

20 Monissa signaaliprosessoreissa tehokkain laskenta vaatii muistinosoituksessa käytettäväksi epäsuoraa osoitusta. Muistiin viitataan siis epäsuorasti ns. indeksirekisterin kautta. Samalla kun muistista luetaan tai muistiin kirjoitetaan, voidaan indeksirekisteriä päivittää, jolloin se 25 saadaan osoittamaan seuraavassa käskyssä tarvittavaa muistipaikkaa. Päivitys ei yleensä voi kuitenkaan olla mielivaltainen vaan käytössä on vain rajallinen määrä vaihtoehtoja. Tyypillisesti indeksirekisterin arvoa voidaan joko kasvattaa tai pienentää yhdellä, pitää arvo vakiona tai 30 lisätä indeksirekisteriin jonkin toisen rekisterin arvo. Esim. AT&T DSP1610-prosessorin tapauksessa:

aO=*rO /* rekisteriin aO luetaan rekisterin rO

sisällön määräämästä osoitteesta,rO ei 35 muutu */

aO=*rO++ /* rekisteriin ao luetaan rekisterin rO

sisällön määräämästä osoitteesta,rO muuttuu arvoon rO=rO+l seuraavaa epäsuoraa 2 101180 toimintajaksoa varten */ aO=*rO— /* rekisteriin aO luetaan rekisterin ro sisällön määräämästä osoitteesta, rO muuttuu arvoon rO=rO-l seuraavaa epäsuoraa 5 toimintajaksoa varten */

aO=*rO++j /* rekisteriin aO luetaan rekisterin rO

sisällön määräämästä osoitteestako muuttuu arvoon rO=rO+<j> seuraavaa epäsuoraa toimintajaksoa varten */ 10 Näiden rajoitusten vuoksi signaaliprosessorin ohjelmaan joudutaan usein lisäämään tavallaan turhia käskyjä, joilla asetetaan indeksirekisteri osoittamaan seuraavaksi tarvittavaa muistipaikkaa.

15

Signaaliprosessoria käytetään usein yhdessä erilaisten oheispiirien, esim. ASIC-piirin kanssa, joka toimii signaaliprosessorin apuna toteuttaen niitä toimintoja, jotka soveltuvat huonosti signaaliprosessorin laskettaviksi.

20 Signaaliprosessori ja oheispiiri kommunikoivat tyypillisesti oheispiirillä olevien rekistereiden avulla, jotka näkyvät prosessorin ulkoisessa datamuistiavaruudessa. Tällöin signaaliprosessorin ja oheispiirin yhteistyön tehostamiseksi tarvitaan menetelmä, jolla vältetään odotusjak-25 sot signaaliprosessorissa ja minimoidaan turhat indeksire-kistereiden päivitykset. Nykyisellä tekniikalla vaativimpia reaaliaikaisia signaalinkäsittelytehtäviä ei ole voitu toteuttaa.

30 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä kuvatun tekniikan puutteellisuudet ja aikaansaada aivan uudentyyppinen osoitusmenetelmä signaaliprosessorissa sekä osoi-tusmenetelmään soveltuva signaaliprosessorin oheispiiri. Keksintöä käyttävässä signaaliprosessoriohjelmassa voidaan 35 käyttää sekä suoraa että epäsuoraa osoitusta.

Keksintö perustuu siihen, että oheispiirin muistiosoitteita osoitetaan ennakoivasti siten, että toimintajaksolla N

3 101180 tarvittava oheispiirin osoite annetaan jonkin tätä edeltävän toimintajakson aikana.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle 5 on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle oheispiirille puolestaan on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 6 tun-10 nusmerkkiosassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Signaaliprosessori voi osoittaa hitaitakin ASIC- tai muis-15 tipiirejä ilman ajoitusongelmia tai odotusjaksoja tilanteissa, joissa perinteisillä ratkaisuilla joudutaan välttämättä käyttämään odotusjaksoja. Turhat indeksirekisterin päivitykset jäävät pois kun käytettään muunnostaulukkoa. Keksinnön avulla voidaan käyttää signaaliprosessorille 20 täyttä kellotaajuutta ja kuitenkin toteuttaa oheispiireil le soveltuvat tehtävät ilman muistinosoitusongelmia, jolloin signaalinkäsittelylle saadaan toteutetuksi nopeusop-timi. Näin voidaan nopeissa signaalinkäsittelysovelluksis-sa toteuttaa esimerkiksi digitaalisia suodattimia sellai-25 sella nopeudella, joka ei aikaisemmin ole ollut mahdollis ta.

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan oheisten kuvioiden mukaisten suoritusesimerkkien avulla.

30

Kuvio la esittää lohkokaaviona sellaista signaaliprosessoria sekä sen oheispiiriä, joita voidaan käyttää keksinnön - yhteydessä.

35 Kuvio ib esittää yksityiskohtaisempana lohkokaaviona kuviossa la kuvattua keksinnön mukaista oheispiiriä.

Kuvio 2 esittää tunnetun tekniikan mukaista ajoituskaa- 4 101180 viota.

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaista ajoituskaaviota.

5 Kuviossa la on kuvattu laiteympäristö, jossa keksintöä voidaan käyttää. Laitteisto koostuu signaaliprosessorista 20 sekä tähän osoiteväylän 1 sekä dataväylän 11 kautta kytketystä oheispiiristä 21.

10 Kuvion Ib mukaisesti osoiteväylän 1 kautta osoitetaan oheispiirin 21 muistirekistereitä 9 ja 10. Signaaliprosessorin kannalta rekisterit 9 ovat lukurekistereitä ja rekisterit 10 kirjoitusrekistereitä. Osoitepuskurin 2 kautta rivimuotoiset osoitteet ohjataan muunnostaulukolle 15 3, jota voidaan tarvittaessa ohjata ja päivittää ulkoisel la sisäänmenolla 15. Muunnostaulukon 3 ohjaus voi tapahtua vaihtoehtoisesti dataväylän 11 kautta, jolloin jotkin rekistereistä 10 sisältävät muunnostaulukon. Syötetty osoite siirtyy muunnostaulukon 3 jälkeen osoiterekisteriin 4, 20 jota seuraa osoitteen dekoodauslohko 5. Tässä sovelluksessa muunnostaulukon 3 perusteella osoiteväylän 1 osoitteesta saadaan ohjauslogiikalle 6 tieto siitä, onko kyseessä luku- vai kirjoitusoperaatio. Jos muunnostaulukko jätetään pois, operaation tyyppi nähdään jo osoiteväylän l osoit-25 teessä. Tieto siitä, onko kyseessä luku- vai kirjoitusope raatio voidaan antaa myös erillisellä signaaliprosessorin signaalilla (R/W). Tämä signaali voidaan käsittää yhdeksi osoiteväylän 1 signaaliksi. Näin dekoodauslohko 5 ohjaa oheispiirin ulostulon ohjainta 7 sekä sisäänmenon ohjainta 30 8. Ulostulo-ohjaimeen 7 on kytketty lukurekisterit 9 ja vastaavasti sisäänmeno-ohjaimeen 8 kirjoitusrekisterit 10. Sekä ulostulo-ohjain 7 että sisäänmeno-ohjain 8 kommunikoivat dataväylän 11 kolmitilabuffereiden 14 kanssa. Kolmitilabuffereita puolestaan ohjaa kirjoitus/lukutilaan 35 (r/w) ohjauslogiikka 6, joka saa operaation suuntatiedon osoitteen dekoodauslohkolta 5 ja lohkon valintalinjan 12 ja kellolinjan 13 signaaliprosessorilta.

5 101180

Kuvion 2 mukaisesti tunnetun tekniikan mukaisessa osoituksessa lohkon valintalinjan 12 ohjaama prosessorin lukuope-raatio saa osoitetussa osoitteessa olevan datan siirtymään dataväylälle 11 vasta toimintajakson lopussa. Osoite-5 väylälle 1 puolestaan muistiosoitetieto siirtyy hyvin pienellä viiveellä. Oheispiirin toimintaa synkronoi kellolin-ja 13. Kuvion ratkaisussa käytetään yhtä odotusjaksoa (W=l). Odotusjakson ansiosta dataväylälle 11 lukujakson lopussa siirtyvä data voidaan lukea. Odotusjakson käyttö 10 hidastaa laitteen toimintaa.

Kuvion 3 mukaisessa esimerkissä on kuvattu neljä täyttä toimintajaksoa 31 - 34, sekä yksi vajaa toimintajakso 35. Keksinnön mukaisesti toimintajaksossa 31 osoiteväylälle 1 15 siirretään toimintajaksossa 32 tarvittavan rekisterin osoite, jolloin tämän osoitteen sisältämä data näkyy data-väylällä 11 valmiina jo toimintajakson 32 alussa. Toimintajaksossa 33 signaaliprosessori 20 kirjoittaa dataväylälle 11 tietoa, jonka oheislaite 21 lukee toimintajakson 33 20 lukuosan lopussa. Ajoituksesta voidaan nähdä, että kirjoitusoperaatio ei ole erityisen kriittinen ajoituksen osalta, koska kirjoitus tapahtuu toimintajakson 33 kirjoitusoperaation lopussa. Kirjoitustoimintajaksolla 33 puolestaan osoitetaan lukutoimintajaksolla 34 luettavaa osoi-25 tetta, jonka sisältö on käytettävissä dataväylällä toimintajakson 34 alussa. Samoin toimintajaksolla 34 osoitetaan toimintajaksolla 35 luettavaa osoitetta.

Kuvion 3 ajoitusrivillä "latch addr in" on kuvattu ajan-30 hetkiä, joilla osoitetieto siirtyy kuvion Ib lohkoon 2. Ajoitusrivillä "latch data out" on puolestaan kuvattu ajanhetkiä, joilla osoitetietoa vastaava data siirtyy oheispiiristä dataväylälle 11. Ajoitusrivi "latch data in" kuvaa ajanhetkeä, jolla dataväylällä 11 oleva tieto siir-35 tyy oheispiiriin 21 ja alimmalla rivillä on kuvattu ajan-hetket, joilla osoitetieto siirtyy muunnostaulukosta 3 osoiterekisteriin 4.

6 101180

Menetelmällisesti edellä esitetty keksinnön mukainen ratkaisu toteutetaan käyttämällä oheispiirin 21 lukurekiste-reiden 9 ja kirjoitusrekistereiden 10 osoituksessa ns. ennakoivaa osoitusta j a osoitteiden muunnostaulukkoa 3. En-5 nakoiva osoitus tarkoittaa sitä, että kussakin käskyssä 31 - 35, joka viittaa oheispiirin 21 rekistereihin 9 ja 10, annetaankin osoite seuraavassa käskyssä käytettävään rekisteriin eikä siihen mihin nyt halutaan viitata. Tällöin prosessorissa 20 ei tarvitse käyttää odotusjaksoja.

10

Muunnostaulukon 3 avulla oheispiirin rekisterit 9 ja 10 (M ja N kpl) voidaan järjestellä prosessorin muistiavaruudessa mielivaltaiseen järjestykseen ja jopa niin että sama rekisteri näkyy useammassa eri osoitteessa. Näin voidaan 15 kussakin sovellusohjelmassa eri oheispiirin rekisterit saada optimaalisiin paikkoihin, jolloin turhien indeksire-kisterien päivityksien määrä saadaan minimoitua ohjelmassa.

20 Ennakoivaa osoitusta voi käyttää vain alimmalla ohjelma-tasolla. Jos ylemmän tason ohjelmassa käytettäisiin myös ennakoivaa osoitusta, keskeytysohjelma sotkisi ylemmän tason osoitteet. Näin ollen, jos ylemmällä tasolla halutaan käyttää samoja oheispiirin rekisterejä kuin keskey-25 tysohjelmassa, on ylemmän tason osoituksessa käytettävä tavallista ennakoimatonta osoitusta ja odotusjaksoja. Tarvitaan siis mekanismi osoitusmuodosta toiseen siirtymiselle.

30 Eri osoitusmuodoille voidaan varata osoiteavaruudesta omat alueet. Tällöin ennakoiva osoitus voidaan toteuttaa niin, että se alkaa heti kun osoitetaan sille varattuun muisti-lohkoon. Ennakoivan osoituksen lopetus taas tehdään osoittamalla erityiseen lopetusosoitteeseen tai osoitealuee-35 seen. Normaali osoitus ei tarvitse mitään aloitus- tai lopetusoperaatiota, mutta se ei toimi, ellei ennakoivaa osoitusta kytketä pois päältä. Osoitusmuodon vaihto voidaan tehdä myös erillisellä signaalilinjalla.

7 101180

Seuraavassa on kuvattu esimerkki ennakoivaa osoitusta ja muunnostaulukkoa käyttävästä ohjelmasta edellä mainitun AT&T DSP1610-prosessorin tapauksessa. Oletetaan että oheispiirillä on esim. 8 rekisteriä RegO,Reg2,...,Reg7.

5 Nämä rekisterit näkyvät prosessorin muistiavaruudessa esim. osoitteissa 0x2000-0x200f. Rekisterien järjestyksen määrittelee muunnostaulukko. Muunnostaulukon ensimmäinen muistipaikka C(0) kertoo mikä rekisteri näkyy osoitteessa 0x2000, toinen muistipaikka C(l) kertoo mikä rekisteri 10 näkyy osoitteessa 0x2001 jne. Luku 0 muunnostaulukossa tarkoittaa rekisteriä RegO, luku 1 rekisteriä Regl jne. Luku 15 muunnostaulukossa tarkoittaa lopetusosoitetta, johon kirjoittaminen lopettaa ennakoivan osoitusmuodon käytön. Ennakoiva osoitusmuoto käynnistyy, kun osoitetaan 15 mihin tahansa osoitteista 0x2000...0x200f.

Prosessorin näkemä muistiavaruus

Muunnostaulukko i i |

Osoite Rekisteri C(0)=15 0X2000

20 C(1)=0 0x2001 RegO

C(2)=3 0x2002 Reg3 C(3)=7 0x2003 Reg7 C(4)=15 0X2004 • · · 25 C(15)=15 0x200f

Seuraava ohjelmasekvenssi laskee rekisterien RegO, Reg3 ja Reg7 summan kahteen kertaan. Kukin vasemman puoleisen sarakkeen rivi edustaa yhtä toimintajaksoa. Ennakoivan osoi-30 tuksen käynnistys ja lopetus on esitetty. Konversiotaulun alustusta ei ole esitetty. Rekisterit j, rO, aO ja ai ovat prosessorin sisäisiä rekistereitä.

35 8 101180 1 j=-2 /* Alustetaan offset-rekisteri j */ 2 r0=0x2001 /* Rekisterin RegO osoite rekisteriin rO */ 3 aO=*rO++ /* Luetaan roskaa, annetaan RegO:n osoite */ /* Käynnistetään ennakoiva osoitus, ellei */ /* se ole jo käynnissä */ 5 4 aO=*rO++ /* Luetaan edeltävällä toimintajaksolla dataväylälle saatu RegO:n sisältö rekisteriin aO, annetaan Reg3:n osoite seuraavaa (rivi 5) ennakoivaa toimintajaksoa varten */ 5 a1=*r0++j /* Luetaan Reg3, annetaan Reg7:n osoite seuraavaa (rivi 7) lukujaksoa var ten*/ 6 aO=aO+a1 /* Lasketaan Reg0+Reg3 */ 7 a1=*r0++ /* Luetaan Reg7, annetaan Reg0:n osoite seuraavaa (rivi 9) lukujaksoa var ten */ 8 a0«a0+a1 /* Lasketaan Reg0+Reg3+Reg7 */ 10 9 a0=*r0++ /* Luetaan RegO, annetaan Reg3:n osoite seuraavaa (rivi 10) lukujaksoa var ten */ 10 a1=*r0++ /* Luetaan Reg3, annetaan Reg7:n osoite seuraavaa (rivi 12) lukujaksoa var ten */ 11 a0=a0+a1 /* Lasketaan Reg(HReg3 */ 12 a1=*r0 /* Luetaan Reg7, annetaan lopetusosoite */ 15 13 a0=a0+a1 /* Lasketaan Reg0+Reg3+Reg7 */

Seuraavassa taulukossa on esimerkinomaisesti kuvattu oheispiirin data- ja osoiteväylien sisältöä edellä esitetyn ohjelman käskyriveillä 3, 4, 5 ja 7.

20 Käsky a0=*r0++ a0=*r0++ a0=*r0++j a1=*r0*+

Tavoite aloittaa en- luku + seuraa- kuten edellä kuten edellä nakoiva osoi- vassa toiminta-tus jaksossa tarvit tavan osoitteen siirto osoite-väylälle seuraa-van toimintajakson alkuun

Osoiteväylä 0*2001 0*2002 0*2003 0*2001 (=reg0 osoi- (=reg2 osoite) (=reg7 osoite) (=reg0 osoite) te)

Dataväylä XX regO sisältö reg3 sisältö reg7 sisältö 25 Termillä "muisti" tarkoitetaan tässä yhteydessä rekistereitä, akkuja tai muita muistielimiä tiedon tallentamis-seksi.

Claims (5)

9 101180

1. Osoitusmenetelmä signaaliprosessorilaitteistossa, joka 5 käsittää signaaliprosessorin (20) sekä tähän data- (11) ja osoiteväylän (1) kautta kytketyn oheislaitteen (21), jossa menetelmässä signaaliprosessorilla (20) osoitetaan toisiaan seuraavissa toimintajaksoissa N (31-35) oheislaitteen muistiosoitteita näiden sisällön siirtämiseksi dataväyläl-10 le (11) signaaliprosessorin (20) käyttöä varten, ja toimintajaksolla N prosessorin (20)käyttöön tarkoitetun oheislaitteen (21) muistia osoitetaan ennakoivasti jollakin toimintajaksoa N edeltävällä toimintajaksolla muistin sisällön saamiseksi dataväylälle (11) toimintajakson N 15 alkuun, tunnettu siitä, että oheislaitteen (21) muistia osoitetaan erillisen muunnostaulukon (3) kautta ja oheislaite (21) ohjataan ennakoivaan toimintamuotoon osoittamalla ensimmäistä ennalta määrättyä muistiosoi-tealuetta tai osoitetta ja ennakoivasta toimintamuodosta 20 pois osoittamalla toista ennalta määrättyä muistiosoi-tealuetta tai osoitetta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että oheislaite (21) ohjataan ennakoivaan toi- 25 mintamuotoon erillisellä signaalilinjalla (15).

3. Oheislaite (21) signaaliprosessorilaitteistossa, joka käsittää signaaliprosessorin (20) sekä tähän data- (11) ja osoiteväylän (1) kautta kytketyn oheislaitteen (21), 30 tunnettu siitä, että oheislaite (21) käsittää en nakoivat osoituselimet (2, 3, 4, 5, 6) muistin (9, 10) osoittamiseksi ennakoivasti.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen oheislaite tunnet- 35. u siitä, että se käsittää elimet (2, 3, 4, 5, 6) oheis laitteen (21) siirtämiseksi ennakoituun toimintamuotoon ja siitä pois. 10 101180

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen oheislaite tunnettu siitä, että muunnostaulukko (3) käsittää oman ohjauslinjansa (15) muunnostaulukon (3) sisällön päivittämiseksi . 11 101180