JP3201786B2 - ディジタル信号処理システムの制御方法 - Google Patents
ディジタル信号処理システムの制御方法Info
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Description
ステムの制御方法に関し、外部入出力装置とのアクセス
においてデータの取りこぼし等が生じることなく、かつ
オーバーヘッドを防止できる上記制御方法に関する。
特性試験に用いるテストシステムにおいては、フーリエ
変換,逆フーリエ変換,フィルタリング等のディジタル
演算処理を行う必要がある。これらの演算処理を高速で
行うために、ディジタル・シグナル・プロセッサ(以
下,DSPという)が使用されるようになっている。
処理システムの一例を示す図であり、該システムは、3
つのDSPユニット30A,30B,30Cおよびこれ
らのユニットの制御を行うCPU1とにより構成されて
いる。上記各ユニット30A〜30Cは、DSP31A
〜31C,メモリ32A〜32Cおよび外部入出力装置
33A〜33Cをそれぞれ有している。例えば、ユニッ
ト30Aにおいて、入出力装置33AからDSP31A
に取り込まれた入出力データは、該DSP31Aによる
第1の処理(例えば、フーリエ変換)を受け、図示しな
いペリフェラルI/Oを介してユニット30Bに転送さ
れる。そして、DSP31Bによる第2の処理(例え
ば、フィルタリング処理)を受け、同じく図示しないペ
リフェラルI/Oを介してユニット30Cに転送され
る。更にDSP31Cによる第3の処理(例えば、逆フ
ーリエ変換)を受け、演算処理結果は例えば外部出力装
置33C等に送られる。
プログラムの実行の他、外部入出力装置とのアクセス、
すなわちA/D,D/Aコンバータ、各種I/Oペリフ
ェラル等の外部入出力装置からのデータの取込みおよび
演算結果データの他のユニット,外部入出力装置等への
転送等の各種処理を行う。この場合の、上記データの取
込み,転送等(外部入出力装置とのアクセス)の方法と
して、(1)DSPの演算処理プログラムへの割込みを
用いてデータの取り込み,転送を行うもの、(2)割込
みを用いずに外部レジスタ・ファイルにデータを一次的
に保存し、逐次該データの取り込み,転送を行うものが
知られている。
信号処理システムの一例を示す回路図である。同図にお
いて、DSP2は、共通バス(データ・バス6,アドレ
ス・バス7)を介してメモリ5,A/Dコンバータ3,
ペリフェラルI/O4とのアクセスを行う。なお、アド
レス・バス7上には、A/Dコンバータ3やペリフェラ
ルI/O4にイネーブル信号を出力するデコーダ8が設
けられている。また、CPU1は、システムバスを介し
てDSP2を制御したり、メモリ5にDSPプログラム
をダウンロードする等、各種の処理を行っている。
DSPプログラムとしてリアルタイム・モニタを持って
いる。このリアルタイム・モニタには、一連の信号処理
ブロックが一つのタスクとして構成されるように、DS
P2のインストラクションがプログラミングされてお
り、これらのプログラムはスケジューラの管理の下に実
行される。一方、入出力処理は、上記タスクとは別タス
クとして行われる。この入出力処理のためのタスク自身
は、A/Dコンバータ3のデータ・イネーブル信号によ
る割り込みにより起動し、該A/Dコンバータ3からの
入力を一時的にバッファ51(同図では、メモリ5内の
領域)に転送する。このバッファ51には、リアルタイ
ム・モニタの機能として用意されるセマフォが設定され
ており、DSP2は該セマフォの設定値に応じて、該バ
ッファ51内に処理すべきデータが存在するときは、該
データとの同期を行い、データを待っている信号処理タ
スクにデータを受け渡す。
込み処理(割込み処理は、通常、プロセッサの負担を増
大させる)によりA/Dコンバータ3からデータを取り
込むので、DSP2自体の処理が増える。したがって、
この間に他の処理(例えば、高速演算等の処理)を実行
することができず、DSP2の処理能力が著しく抑えら
れるという不都合がある。また、DSPによるデータの
入出力処理時間(上記割込み開始からデータ転送までの
時間)が入出力装置のデータの入出力の周期を越えた場
合は、データの取り残しが発生するため、処理できる入
出力装置の入出力周期(例えば、図5におけるA/Dコ
ンバータ3におけるサンプリング・レート,あるいは入
出力装置がD/Aコンバータである場合にはジェネレー
ション・レート)はDSP2の処理速度に制限される。
したがって、この方法では該入出力周期を短くすること
ができないという問題がある。
6に示す回路を用い入出力処理を別タスクとして扱わ
ず、入出力のデータ処理を信号処理タスクの中のインス
トラクションが実行するという方法も採用されている。
この方法では、入出力装置であるA/Dコンバータ3と
DSP2との間に外部レジスタ・ファイル11を設け、
データとの同期をリアルタイム・モニタを介さずに(す
なわち、モニタプログラムに割り込みをかけることなし
に)行っている。この場合、レジスタ・ファイル11は
データの入出力に関しては、一連の信号処理タスク中の
リード/ライト命令のタイミングでデータの出し入れを
行う(具体的には、DSP2がレジスタ・ファイル11
にデータがあるか否かを見に行く)ので、レジスタファ
イル3の入出力の限界の値(すなわち、入出力装置の動
作周期)まで対応できる。また、上記レジスタ・ファイ
ル3にデータが無くなった場合、DSP2のインストラ
クション自身がウェイトするので、プログラムによる処
理(上記(1)で述べた、セマフォの設定を見に行くよ
うな処理)を必要としない。しかし、このウェイト期間
中は、DSP2自身が他の処理を全く実行できなくな
り、オーバーヘッドが生じ、システム全体の処理効率が
低下するという不都合がある。
て上記のようにレジスタ・ファイル11を使用するた
め、システム全体が高価となるという不都合がある。す
なわち、入出力装置とのアクセスをレジスタ・ファイル
11を介して行う場合、DSP2は割込み処理を行う必
要がないので、データ入出力処理に伴うDSPの負担を
軽減することができるが、一般にレジスタ・ファイル1
1は価格が高く、しかも、一システムにおいて多数のレ
ジスタ・ファイルを使用せざるを得ない場合もあるの
で、システム全体として大幅な製造コストアップとなる
という問題がある。また、データ入出力の周期が、DS
P2の処理周期を越えた場合には、レジスタ・ファイル
11に入力されたデータが溢れ、データの取りこぼしが
生じるという問題がある。
るために提案されたものであって、外部入出力装置にお
けるデータの入出力周期がDSPによるデータ処理周期
より短くても、データの取りこぼしが生じることなく、
前記データの入出力周期が前記DSPによるデータ処理
周期より長いときは、DSPがデータを連続処理するこ
とでオーバーヘッドを防止できるシステムを、従来に比
べて低価格で実現できるディジタル信号処理システムの
制御方法を提供することを目的とする。
置における入出力周期が、DSPにおける該データにつ
いての一連の処理周期より短い場合には、A/D,D/
Aコンバータ等の外部入出力装置とのデータのやり取り
を、DMAコントローラを介してメモリとの間で行う。
すなわち、上記の場合には、DMAを、本来DSPが行
うべきデータの入出力処理に利用し、データの入出力を
DSPの演算処理と独立に実行させることでDSPの負
担を軽減する。また、この場合には、最大、DMAコン
トローラの転送レートの周期で、入出力データを取り扱
うことができるので、高速の入出力装置への対応が可能
となる。上記以外の場合には、外部入出力装置とのデー
タのやり取りを上記DMAコントローラによることな
く、前記DSPにより直接行う。外部入出力装置とのデ
ータのやり取りをDMAコントローラを介して行うかD
SPが直接行うかのモード選択は、通常、ホストCPU
がDSPにおける前記一連の処理周期を算出し、これを
外部入出力装置における入出力周期と比較することによ
りなされる。なお、本発明では、レジスタ・ファイルを
使用しない代わりに、安価なDMAコントローラ(価格
がレジスタ・ファイルの1/10程度)を使用するの
で、システム全体の大幅なコストダウンが図られる。
されているか否かは、DSPがプログラム中でデータ・
エンプティのチェックをセマフォを用いて行うので、D
SP自身が入出力データ待ちになる状態(DSP自体に
ウェイトがかかる状態)の発生を防止でき、DSPはデ
ータ・エンプティの場合に他の処理の実行を直ちに行う
ことができる。
とも1以上のプロセスから構成される、DSPのプログ
ラムを実行する際に、各プロセスの処理ファンクション
を入力パラメータおよび出力パラメータを持つ関数とし
て与え、各プロセスの実行時にデータ取り込み先アドレ
スおよびデータ転送先アドレスを上記入出力パラメータ
に渡すことで、各プロセスの処理を行うことをも特徴と
している。すなわち、各プロセスにおいて該プロセスの
処理ファンクションを宣言するだけで、アクセスすべき
外部入出力装置のアドレス(メモリのアドレス,ラッチ
アドレス等)が入出力パラメータに渡されるようにした
ので、プログラミングの際に、メモリ,外部入出力装置
等のハードウェアとのアクセスのためのインストラクシ
ョンをその都度書き込む必要がなくなり、外部入出力装
置の種類に応じたプログラミングは不要となる。また、
あるシステムのためにプログラミングした信号処理プロ
グラムを他のシステムに転用するすることも容易とな
り、ソフトウェア資源の有効利用を図ることができる。
ムの制御方法の一実施例を示す図である。同図において
は、図5,図6と同様、システム全体の制御を行うCP
U1,DSP8(例えば、モトローラ社製 DSP96
002)2,外部入出力装置(A/Dコンバータ3,ペ
リフェラルI/O4),リアルタイム・モニタを搭載し
たメモリ5が共通バス(データ・バス6およびアドレス
・バス7)を介して接続され、またアドレス・バス7上
にはA/Dコンバータ3の制御信号を出力するデコーダ
8が設けられている。また、同図では図6のレジスタ・
ファイル11に代えてラッチ9が設けられ、更にバス
6,7上にDMAコントローラ10が設けられている。
なお、説明の便宜上、図1の信号処理システムでは一の
DSPユニット(図4参照)のみを示し、他のユニット
については図示を省略してある。また、上記メモリ内5
には図5,図6の場合と同様、複数の信号処理ブロック
が格納されており、これらのブロックにより信号処理タ
スクが構成される。
を上記のように構成する一方、A/Dコンバータ3の入
出力周期(Tio)と、DSP2の一連の信号処理ブロッ
クの実行時間(すなわち、DSP2の信号処理周期(T
cal))とから、予めDMAコントローラ10またはD
SP2のどちらがA/Dコンバータ3とデータのやり取
りを行うかを定めておく。そして、Tio<Tcalである
とき、すなわちA/Dコンバータ3の入出力周期T
ioが、DSP2の信号処理周期Tcalより短い場合に
は、A/Dコンバータ3とのデータ・アクセスを要求す
る信号処理ブロックが直接A/Dコンバータ3にデータ
・アクセスを行っていたのでは、データの取りこぼしが
発生する。したがって、この場合には、DMAコントロ
ーラ10を利用し上記一連の信号処理ブロックの動作と
は独立にデータの入出力を行えるようにする(以下、こ
の状態を「第1のモード」と言う)。なお、Tioの最大
値は1Mワード/秒程度以上であり、例えば800Kワ
ード/秒程度では、Tcalの大きさにもよるが、1/T
io>1/Tcalの関係が成立する。これによりメモリの
深さ(すなわち、入出力データが格納されるバッファ5
1の深さ)が許す範囲で、DMAコントローラ10によ
る入出力を続行することができる。このように、A/D
コンバータ3からの入出力データをDSP2が取り込む
場合には、タスクとして独立させることはしないで、リ
アルタイム・モニタから制御されるバッファ51を介し
て取り込むようにし、入力データが格納されているバッ
ファ51にセマフォを設定しておき、DSP2が該バッ
ファ51内に入力データが格納してあるか否かのエンプ
ティ・チェックを行いながら信号処理タスクにデータを
渡す。
P2の信号処理周期TcalがA/Dコンバータ3の入力
周期Tioより短い場合には、A/Dコンバータ3とのデ
ータ・アクセスを要求する信号処理ブロックが入出力デ
ータを直接アクセスする。この場合には、データの取り
こぼしは無いので、このブロックをスケジューラまたは
A/Dコンバータ3からのデータ・レディによる割り込
みにより起動し、DMA10の介在なしに処理するよう
にする(以下、この状態を「第2のモード」と言う)。
なお、後述するように、Tcalは、一連の処理ブロック
についての時間から算出されるが、Tio≒Tcalの場合
にはその算出結果に誤差が生じる場合がある。したがっ
て、DSPの上記信号処理タスクについての信号処理周
期が、A/Dコンバータ3のサンプリング周期より短く
なる場合があるが、この場合には安全を見越して、上記
と同様DMAコントローラ10を介してA/Dコンバー
タ3とのアクセスを行う。この場合、DSP2の処理モ
ードは、上記第1のモードとされ、バッファ51内のデ
ータがエンプティになっても、信号処理タスクは該バッ
ファ51内に入力データが転送されるのを待つように制
御される。
らの比較は以下のようにして行う。すなわち、入出力デ
ータを取り込むハードウェア(この場合には、A/Dコ
ンバータ3)をコントロールする時点で上位のコントロ
ーラ(この場合には、CPU1)からTioを設定すると
共に、Tcalをデータ処理に必要な一連のブロックの処
理時間の組合せから算出する。そして、前記上位のコン
トローラ(CPU1)によりTioとTcalとを比較し、
信号処理プログラム実行前に上記の第1または第2のモ
ードの何れかを設定できるようにする。また、ペリフェ
ラルI/O4がDSP2に割込みをかける場合には、該
ペリフェラルI/O4がデータ・レディまたはデータ・
エンプティの信号を1データ転送毎に発生できるように
構成しておく。そして、これらの信号を割り込み処理プ
ログラムに与え、上記ペリフェラルI/O4のデータを
アクセスする信号処理タスクとの同期をとる。
ラミングについて説明する。まず、メモリ5にアドレス
を与えるのと同様に、A/Dコンバータ3やペリフェラ
ルI/O4等の外部装置にアドレスを与えておき、これ
らのアドレスを入出力のための処理ブロックに渡す。こ
うすることで、各プロセスの処理はファンクションと同
様にアクセスすることができる。具体的には、図2のブ
ロック・フロー・ダイヤグラムおよび図3のデータ・フ
ロー・ダイヤグラムに示すように、一のDSPにおける
一連の信号処理ファンクションを該ファンクションのの
ボディの前後で、全ての入出力にポインタでアクセスで
きるように設定しておく。例えば、各プロセス21〜2
3の前処理として、または最初のプロセス21の実行に
入る前の処理として、予め各入出力を共通化するファン
クションを実行することで、各プロセスにおけるファン
クションの入力アドレスとパラメータinputとを、
また出力アドレスとパラメータoutputとをそれぞ
れ関連付けておく。すると、信号処理ファンクション
は、これらinput,outputをポインタとし
て、 funcX(input,output) (X=1,2,3) のように表現される。こうすることで、上記inpu
t,outputはメモリと同様に扱うことができる。
込みのように、アクセスする対象が入出力装置(例え
ば、A/Dコンバータ3)である場合には、前処理とし
てTioとTcalとの比較結果に応じて、前記の第1のモ
ード(DMAコントローラ10による処理)または第2
のモード(DSP2による直接アクセス処理)の何れに
よりA/Dコンバータ3にアクセスするかを設定してお
く。そして、ラッチ9のアドレスをinputに渡し、
データの取り込みと同時にfunc1が起動される。次
いでプロセス21における演算処理後のデータの転送の
ように、アクセスする対象がメモリ5である場合には、
該メモリ5のアドレスをoutputに渡し、後処理と
して図1のDMAコントローラ10の切離しが行われ
る。また、プロセス22におけるように、データの取り
込み先がメモリ5の場合には、セマフォによるウェイト
処理を行い、そのアドレスをinputに渡す。そし
て、プロセス21の場合と同様、データの取り込みと同
時にfunc2が起動され、転送先のアドレスをout
putに渡し、演算処理後のデータはメモリ5に転送さ
れる。更に、プロセス23におけるように、データの取
り込み先がメモリ5の場合には、プロセス22の場合と
同様、セマフォによるウェイト処理を行いアドレスをi
nputに渡し、func3が起動される。ところで、
この場合、データの転送先はペリフェラルI/O4であ
るので、前処理としてアクセスの対象を該ペリフェラル
I/O4に設定しておき、後処理としてI/Oコネクシ
ョン解除を行う。
れるが、その中でファンクションが実際に実行される場
合、A/Dコンバータ3,メモリ5,ペリフェラルI/
O4などのアクセスすべき外部装置が特定され、更に入
出力先アドレスが特定される。このため、ファンクショ
ン内ではなんら入出力に関する処理(外部装置,アドレ
スの特定)を考慮せずに信号処理を実行することができ
る。
以下の効果を奏することができる。 (1)外部入出力装置の入出力周期とDSPの信号処理
タスクの周期とを比較することで、DMAコントローラ
を使ったデータ転送とDSPによるデータ転送とのいず
れかを設定できるので、信号の周期によらずあらゆる周
期の信号に対応できる制御方法を実現できる。また、外
部レジスタ・ファイルを使用しないので、システムの製
造コストダスンを図ることができる。
タ等の入出力装置におけるデータの入出力周期が、DS
Pにおける一連の処理周期より短い場合には、DMAコ
ントローラによりデータのやり取りを行うので、該入出
力装置の入出力周期がDSPの信号処理タスクの周期よ
り短くなるような高速の外部入出力装置についてもデー
タの取りこぼし無しに入出力を行うことができ、入出力
装置のレート(例えばA/Dコンバータのサンプリング
・レートやD/Aコンバータのジェネレーション・レー
ト)を抑えることなくデータ処理ができる。
Pの信号処理タスクの周期より長い場合には、オーバー
ヘッドを減らすことができるので、該オーバーヘッドが
減った時間を他の処理のために使用でき、従来と比較し
てより複雑な処理を行うことも可能となった。
は、本来厳密に外部入出力装置の入出力周期がDSPの
信号処理タスクの周期より長い場合には、入力時にデー
タを待つ必要がないが、これらの周期を厳密に測定する
には複雑なハードウェアを必要とする。このような場
合、本発明では、入出力周期がDSPの信号処理タスク
の周期より短くなる場合と同様に扱い、セマフォによる
ウェイトをかけることができるので、上記測定のための
ハードウェアやソフトウェア開発を省略することができ
る。
はD/Aコンバータ),ペリフェラルI/O等の外部入
出力装置のアドレスと、入力パラメータ,出力パラメー
タとを予め関連付けておき、これら入出力パラメータを
ポインタとして上記外部装置にアクセスすることにした
ので、プロセス間でのデータの受け渡しを共通化でき、
結果としてアセンブラ等のプログラミングの過程で、外
部装置や該装置のアドレスの特定を必要としない。した
がって、ハードウェアに依存しない形での信号処理プロ
グラムの開発を可能とし、更にプログラムの共通利用に
よる開発コストの削減を図ることができる。
信号処理システムの一例を示す図である。
発明の制御方法の一実施例を説明するためのブロック・
フロー・ダイヤグラムである。
発明の制御方法の一実施例を説明するためのデータ・フ
ロー・ダイヤグラムである。
号処理システムの全体構成を示す図である。
テムを示す図である。
タル信号処理システムを示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 ダイレクト・メモリ・アクセス・コント
ローラにより外部入出力装置とのデータのやり取りを行
うことができる、ディジタル・シグナル・プロセッサを
用いたディジタル信号処理システムの制御方法であっ
て、 外部入出力装置におけるデータの入出力周期が、ディジ
タル・シグナル・プロセッサにおける該データについて
の一連の処理周期より短い場合には、前記外部入出力装
置とのデータのやり取りを前記ダイレクト・メモリ・ア
クセス・コントローラにより行い、上記以外の場合には
前記データのやり取りを前記ディジタル・シグナル・プ
ロセッサにより行うことを特徴とするディジタル信号処
理システムの制御方法。 - 【請求項2】 一連の処理が1以上のプロセスから構成
されるディジタル・シグナル・プロセッサのプログラム
を実行する際に、各プロセスの処理ファンクションを入
力パラメータおよび出力パラメータを持つ関数として与
え、各プロセスの実行時にデータ取り込み先アドレスお
よびデータ転送先アドレスを上記入出力パラメータに渡
すことで、各プロセスの処理を行うことを特徴とする、
請求項1記載のディジタル信号処理システムの制御方
法。
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
JP20400891A JP3201786B2 (ja) | 1991-07-18 | 1991-07-18 | ディジタル信号処理システムの制御方法 |
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