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 embedded TI Prozessoren und Controller

Texas Instruments - mehr als nur DSP, aber vor allem!

Hintergrund:

Texas Instruments hat seit den 80er Jahren bei DSPs die Nase vorn. TMS 320C6xxx ermöglicht neue Anwendungen durch Rechenleistung im hundert MIPS Bereich, ohne dafür Löcher in die Leiterplatte zu brennen. Mehr Leistung für weniger Preis ist auch geringerer Verbrauch und kleinere Baugröße oder Integration komplexer Peripherie. So kommen Echtzeit Videoverarbeitung und komplexe Aufgaben der Telekommunikation in die Reichweite von Einzelchiplösungen. Den bequemen Einstieg bietet TI mit den DSK - DSP Starter Kits.

In der reinen ARM-Welt ist TI seit 2010 einer der Top-Player nicht zuletzt dank sehr kostengünstigen offenen Entwicklungsboards der Cortex A8 OMAP3 Serie - Beagleboard - und für Cortex A9 OMAP4 das Pandaboard. Schon steht OMAP4 mit Cortex A15 Multicore in den Startlöchern.

Der DSP Effekt

Es gab den Trend in der Mikrokontroller-Industrie zu mehr DSP-ähnlichen Features. Der Trend ist weiterhin da. Wohl jeder bessere 16-bit Prozessor der letzten 5 Jahre konnte zumindest single-cycle multiply-and-accumulate (MAC) Befehle vorweisen. Eine kleine Suche auf dem Internet findet Application Notes über Filter Algorithmen für populäre Mikrokontroller. Selbst 8-bit Prozessoren kommen ins Bild. Die Scenix Webseite beschreibt Signalverarbeitungsalgorithmen für den SC18/28AC100 Prozessor. Selbst die krummen 14-bit Prozessoren von Microchip werden signalverarbeitungsfähig, siehe Application Note AN616: Digital Signal Processing with the PIC16C74.

Seit dem Ende der 90er Jahre gibt es auch einen Gegentrend: DSPs bekommen mehr MCU-Features. Ein gutes Beispiel wäre der C compiler-freundliche Befehlssatz des Motorola DSP568xx Digitalen Signal Prozessors. Und natürlich möchte Texas Instruments nicht nachstehen und kündigte im Frühling ’98 vollmundig die TMS320C27x DSP Familie an, eine ‘Architektur, die Mikrokontroller überflüssig macht.’

Obwohl Mikrokontroller noch nicht überflüssig sein mögen, auf der Suche nach einem 16-bit Prozessor für ihre nächste Anwendung bringt das Erscheinen von DSPs im Kontroller-Territorium neue Lösungswege für embedded Systeme (der TMS320C27x ist ein 16-bit Prozessor). Vielleicht sollten sie einen DSP, anstelle eines ‘konventionellen Mikrokontrollers’ als den Prozessor in der nächsten Anwendung vorsehen? Wenden sie sich nicht ab, während meiner 10 Jahre DSP Erfahrung haben diese Bausteine eine weite Wandlung vollzogen.

Viele Ingenieure sehen DSPs als esoterische Prozessoren mit beschränktem Einsatzgebiet und denken, daß die Programmierung ausgefuchste Assembler-Magie verlangt, die besser den Spezialisten überlassen wird. Nun entfalten sich spezielle Signalverarbeitungs-Funktionen besser in Assembler (so daß der Programmierer die Vorteile der DSP Architektur voll ausnützen kann), aber ein Großteil des Anwender-Interfaces und auch der sogenannte ‘glue code’, das Gerüst einer Anwendung, kann ohne Weiteres in C geschrieben werden.

Zugegeben haben DSPs eine Prozessor- und Speicherarchitektur, die auf die Digitale Signalverarbeitung zugeschnitten ist, und wirkt etwas ungewohnt für jemanden ,der mit herkömmlichen CPU Architekturen vertraut ist, vor allem Ingenieure aus der Intel x86 Welt tun sich schwer. Mit den Jahren sind die C Entwicklungspakete für DSPs sehr viel leistungsfähiger und komfortabler geworden und werden erfolgreich für 16-bit DSPs angeboten. Mit einem guten Entwicklungstool fällt die Handhabe der unvertrauten DSP Aspekte leichter.

Von der Hardware gesehen besteht eine reiche Auswahl an 16-bit DSP Prozessoren, und das nicht erst seit gestern, so existieren vielfältigste Library- und Programmier-Pakete zum schnellen Start. Diese Faktoren zeichnen die 16-bit DSPs als ideal für den Einsatz in Embedded Systems aus.

Darüberhinaus sind nicht alle DSPs nur für Signalverarbeitungsanwendungen entwickelt worden. TI’s TMS320C/ F24X (ein Mitglied der ehrwürdigen 320 Familie) und Motorola’s DSP568xx, zum Beispiel, wurden speziell für Steuerungen elektrischer Motoren entwickelt, wie auch Analog Device’s ADMC331 16-bit DSP. Die meisten dieser DSPs haben umfangreiche On-Chip Peripherie, wie Timer, ADCs, parallele und serielle I/O und bieten sich für allgemeine Anwendungen in der Meß- und Regeltechnik an.

Letztendlich gibt es keinen Grund, die 16-bit DSPs nicht in die engere Wahl zu ziehen, nur weil niemand bei ihnen über DSP-Erfahrung verfügt. Es sind schnelle effiziente Prozessoren, die Unterstützung durch Entwicklungstools hat das Niveau von konventionellen Mikrokontroller-Entwicklungsumgebungen erreicht.

Ich habe auch die Möglichkeiten mit 16-bit DSPs aufgezeigt. Dort gibt es eine reichhaltige Auswahl; die MCU-ähnlichen DSPs sind ideal für embedded Anwendungen und die Entwicklungs Software Umgebung ist so gut wie für herkömmliche Prozessoren. Und umgekehrt drängt Infineon mit der XC Baureihe in die Domaine der DSP und die Unterscheidung zwischen DSP und 16-bit wird fließend.

Background:

Texas Instruments - After they own the Digital Signal Processing market, they keep seeking new land with embedded designs - Texas is ARM licensee - and traditional DSP becomes more and more open to non-traditional designs. The DSP 6000 series is one hell of a performer in modern imaging applications.

Texas Instruments TMS320 family of DSPs has evolved over the years from simple number cruncher extension to complete system on a chip. Sophisticated telecommunication systems are developed with TI DSPs such as the TMS320C5x, TMS320C54x, and TMS320C6x, which have more than 50 MIPS. As a result, more and more engineers face the problem of combining a previously implemented microcontroller base and their DSP code to implement a real-time operating system (RTOS).

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