Цифровой сигнальный процессор 1892ВМ5Я

Микросхема сигнального процессора 1892ВМ5Я спроектирована как однокристальная трехпроцессорная «система на кристалле» (SOC) на базе IP-ядерной (IP — intellectual property) платформы «МУЛЬТИКОР», разработанной в АО НПЦ «ЭЛВИС».
Все три процессорных ядра работают независимо друг от друга (каждый по своей собственной программе) и вследствие этого представляют систему на кристалле MIMD-архитектуры. Структурная схема микросхемы 1892ВМ5Я
В состав 1892ВМ5Я входят следующие основные компоненты:

• CPU — центральный процессор на основе RISC-ядра;
• CRAM — двухпортовая оперативная память центрального процессора;
• DSP0, DSP1 — сопроцессоры цифровой обработки сигналов с плавающей и фиксированной точкой;
• MPORT-порт внешней памяти;
• PMSC (PCI Master-Slave controller) — контроллер PCI;
• ICTR — контроллер прерываний;
• LPORT0:LPORT3 — линковые порты;
• UART — универсальный асинхронный порт;
• ICACHE — кэш программ центрального процессора;
• IT — интервальный таймер;
• WDT — сторожевой таймер;
• RTT — таймер реального времени;
• DMA — контроллер прямого доступа в память;
• LportCh — каналы DMA линковых портов;
• MemCh — каналы DMA типа память-память;
• PMCh, PSCh — каналы DMA контроллера PCI;
• JTAG — отладочный порт;
• SWITCH — коммутатор;
• PLL — узел фазовой автоподстройки частоты (умножитель частоты);
• CDB[31:0] — шина данных CPU;
• A[31:0] — шина адреса порта внешней памяти;
• D[63:0] — шина данных порта внешней памяти;
• OnCD — встроенные средства отладки программ;
• JTAG — отладочный порт.

Общие характеристики быстродействия микросхемы 1892ВМ5Я следует оценивать как лучшие в 2 раза по отношению к параметрам, представленным в таблице, так как в составе микросхемы присутствуют два одинаковых DSP-ядра.

Основные параметры быстродействия одного DSP-процессора в составе микросхемы 1892ВМ5Я

Характеристика	Значение
Пиковая производительность (в количестве арифметических операцийза 1 такт) для: — 1-битного целочисленного формата — 8-битного целочисленного формата — 16-битного целочисленного формата — 32-битного целочисленного формата — 32-битного формата плавающей точки (IEEE754)	128 36 16 9 6
Количество МАС-операций (умножение с накоплением) за 1 такт: — МАС 1*1+32, целочисленный 1-битный формат — МАС (8+j8)*(8+j8)+(32+j32), комплексный целочисленный 8-битный формат — МАС 16*16+32, целочисленный 16-битный формат — МАС 32*32+64,целочисленный 32-битный формат — MAC32*32+32, формат 32-битных данных с плавающей точкой (IEEE754)	64 4 4 2 2
Время выполнения операции сложения с плавающей точкой расширенного формата 32e16, в тактах: — с нормализацией результата — без нормализации результата	2,5 1,5
Время выполнения операции вычитания с плавающей точкой расширенного формата 32e16, в тактах: — с округлением — без округления — с нормализацией результата — без округления и нормализации	3 2,5 2 1,5
Время выполнения операции сложения и вычитания одной пары операндов с плавающей точкой расширенного формата 32e16, в тактах: — с округлением — без округления — с нормализацией результата — без округления и нормализации	4,5 4 2,5 2
Время выполнения операции умножения с плавающей точкой расширенного формата 32e16, в тактах: — с нормализацией результата — без нормализации результата	2 1
Нерекурсивная фильтрация, целочисленный формат 16*16+32: — производительность, число тактов на отвод — скалярная задержка	0,25 1
Нерекурсивная фильтрация, целочисленный формат 32*32+64: — производительность, число тактов на отвод — скалярная задержка	0,5 1
Нерекурсивная фильтрация, целочисленный комплексный формат (8+j8)*(8+j8)+(32+j32): — производительность, число тактов на отвод — скалярная задержка	0,25 1
Нерекурсивная фильтрация, целочисленный комплексный формат (16+j16)*(16+j16)+(32+j32): — производительность, число тактов на отвод — скалярная задержка	1 2
Нерекурсивная фильтрация, целочисленный комплексный формат (32+j32)*(32+j32)+(64+j64): — производительность, число тактов на отвод — скалярная задержка	2 4
Нерекурсивная фильтрация, комплексный формат плавающей точки (32+j32)*(32+j32)+(32+j32): — производительность, число тактов на отвод — скалярная задержка	2 4
БПФ-1024, комплексный формат данных и коэффициентов (16+j16), блочная плавающая точка, в тактах	5 800
БПФ-1024, комплексный формат 32-битной плавающей точки (IEEE754), в тактах	10 500
БПФ-256, комплексный формат данных и коэффициентов (16+j16), блочная плавающая точка, в тактах	1 200
БПФ-256, комплексный формат 32-битной плавающей точки (IEEE754), в тактах	2 150
Декодер Витерби, на одну метрику пути, 16-битный формат, в тактах	0,5
БП Уолша-Адамара — 256, комплексное, формат (16+j16), блочная плавающая точка, в тактах	600
Деление (y/x), формат 32-битной плавающей точки, стандарт IEEE754, в тактах *)	5
Обратная величина квадратному корню, формат 32-битной плавающей точки, стандарт IEEE754, в тактах	6

Примечания к таблице
*) От 2 до 5 тактов для деления и от 2 до 6 тактов для операции вычисления обратной величины квадратному корню, в зависимости от требуемой точности результата
CPU-ядро является ведущим в трехпроцессорной конфигурации микросхемы и выполняет основную программу. Для CPU-ядра обеспечен доступ к ресурсам DSP-ядер, являющихся ведомыми по отношению к CPU-ядру: обмен данными CPU-ядра с ресурсами DSP-ядер выполняется по командам LOAD, STORE. Память DSP-ядер и их регистры для CPU-ядра 32-разрядные (словные), то есть состояние двух младших разрядов адреса игнорируется.
CPU-ядро управляет работой DSP-ядер, передавая им задание (макрокоманду). Затем запускает DSP-ядра, переводя их из режима STOP в режим RUN. С другой стороны, DSP-ядра формируют следующие прерывания в CPU-ядро: программное, по переполнению стека, при выполнении команды STOP, при достижении адреса останова при исполнении программы до адреса останова или завершении требуемого числа шагов при пошаговом исполнении программы.
CPU по шине CDB имеет доступ ко всем устройствам 1892ВМ5Я.
Коммутатор обеспечивает передачу данных между любым исполнительным устройством (Slave) и любым задатчиком (Master). При этом процесс передачи данных между любыми парами Slave-Master выполняется параллельно и без конфликтов.
Исполнительными устройствами являются блоки внутренней памяти (CRAM, память DSP0-DSP3) или любая внешняя память, доступная через MPORT. Задатчиками могут быть CPU, каналы DMA линковых портов, каналы DMA типа память-память и каналы DMA контроллера PCI.
Микросхема имеет следующие выводы (корпус HSBGA416):

порт внешней памяти	152
выводы управления	29
контроллер PCI	58
четыре линковых порта	40
порт UART	10
электропитание	125

Центральный процессор (CPU)

• Архитектура — MIPS32.
• 32-х битные шины передачи адреса и данных.
• Кэш команд объемом 16 Кбайт:
• Архитектура привилегированных ресурсов в стиле ядра R4000:
  • регистры Count/Compare для прерываний реального времени;
  • отдельный вектор обработки исключений по прерываниям.
• Программируемое устройство управления памятью:
  • два режима работы — с TLB (Translation Look aside Buffer) и FM (Fixed Mapped);
  • 16 строк в режиме TLB.
• Устройство умножения и деления.
• JTAG IEEE 1149.1, встроенные средства отладки программ.
• Производительность — 100 млн. оп/сек.
• Оперативная память центрального процессора (CRAM) объемом 32 Кбайт.
• 5 внешних запросов прерывания, в том числе немаскируемое прерывание (NMI).

Два цифровых сигнальных сопроцессора (DSP0-DSP1), каждый из которых характеризуется следующими возможностями

• «Гарвардская» RISC-подобная архитектура с оригинальной системой команд и преимущественно однотактным исполнением инструкций;
• 2SIMD (Single Instruction Multiple Data) организация потоков команд и данных.
• Набор инструкций, совмещающий процедуры обработки и пересылки.
• 3-ступенчатый конвейер по выполнению 32- и 64-разрядных инструкций.
• Расширенные возможности по динамическому диапазону обрабатываемых данных, позволяющие обрабатывать данные в 8/16/32-разрядных форматах с фиксированной точкой, либо в одном из форматов с плавающей точкой — 24Е8 (стандарт IEEE 754) или 32Е16 (расширенный формат). Обеспечение при этом компромиссного выбора между точностью и производительностью. Аппаратные меры повышения точности и динамического диапазона (блочная плавающая точка; режим насыщения; инструкции преобразования форматов).
• Аппаратная поддержка программных циклов.
• Программная совместимость снизу с сигнальным контроллером 1892ВМ2Я.
• Память программ PRAM объемом 16 Кбайт.
• Двухпортовые памяти данных XRAM и YRAM объемом 96 и 32 Кбайт соответственно.
• Пиковая производительность обеспечиваемая двумя DSP-ядрами:
  • 1200 млн. оп/с 32-битных операций с плавающей точкой (IEEE 754);
  • 7200 млн. оп/с 8-битных операций с фиксированной точкой;
  • 3200 млн. оп/с 16-битных операций с фиксированной точкой;
  • 1600 млн. оп/с 32-битных операций с фиксированной точкой.

Порт внешней памяти (MPORT)

• Шина данных — 64 разряда, шина адреса — 32 разряда.
• Поддержка асинхронной памяти типа SRAM, ROM, FLASH.
• Поддержка синхронной памяти типа SDRAM.
• Поддержка синхронной статической памяти типа SBSRAM.
• Программное конфигурирование типа памяти и объема ее сегмента;
• Программное задание циклов ожидания.
• Формирование сигналов выборки 4 сегментов памяти.
• Обеспечение обслуживания 4 внешних прерываний.
• Перевод SDRAM в режим энергосбережения.

Контроллер PCI (PMSC — PCI Master-Slave controller)

• Соответствует спецификации Local Bus Specification. Rev. 2.2.
• Тактовая частота — до 100 МГц.
• Разрядность — 32 разряда.
• Режимы Master и Slave.
• 2 канала DMA.
• Встроен арбитр с циклически изменяемыми приоритетами запросов.

Периферийные устройства

• 12-канальный контроллер прямого доступа в память (DMA). 4 внешних запроса прямого доступа. Специальные режимы синхронизации. Поддержка 2-мерной и разрядно-инверсной адресации. Режим передачи Flyby, подобный реализованному в ADSP-TS201: внешнее устройство — внешняя память.
• четыре линковых порта (LPORT) совместимые с ADSP21160. Имеется режим работы в качестве портов ввода-вывода общего назначения (GPIO).
• универсальный асинхронный порт (UART) типа 16550.
• 32-разрядный интервальный таймер (IT).
• 32-разрядный таймер реального времени (RTT).
• 32-разрядный сторожевой таймер (WDT).

Дополнительные возможности и особенности:

• Узел фазовой автоподстройки частоты (PLL) c умножителем/делителем входной частоты.
• Встроенные средства отладки программ (OnCD).
• Порт JTAG в соответствии со стандартом IEEE 1149.1.
• Режимы энергосбережения.
• Корпус: металлополимерный HSBGA-416 с улучшенными характеристиками по рассеиваемой мощности.

Документация

Название документа	Дата	Размер	Скачать
Микросхема интегральная 1892ВМ5Я. Руководство пользователя	22.11.2013	2,3 Mб	Manual_1892VM5YA_221113 (pdf, 3 МБ)
Процессорное ядро RISCore32. Система команд	10.09.2012	1,1 Mб	Manual_RISCore32_100912 (pdf, 2 МБ)
DSP-ядро ELcore-x4. Система инструкций	11.09.2012	6,1 Mб	ELcore_x4_IS_110912 (pdf, 7 МБ)
Микросхема интегральная 1892ВМ5Я. Габаритный чертеж	02.03.2017	118 Кб	1892VM5YA_outline (pdf, 1 МБ)
Эмулятор USB-JTAG. Этикетка	21.11.2014	427 Кб	USB-JTAG (pdf, 1 МБ)
Библиотека алгоритмов адаптивной фильтрации для МС-12. Руководство программиста	23.05.2006	784 Кб	LibAF12 (pdf, 1 МБ)
Библиотека элементарных функций. Руководство программиста	23.05.2006	396 Кб	LIBEMF12 (pdf, 1 МБ)
Библиотека функций быстрого преобразования Фурье для MC-12. Руководство программиста	23.05.2006	438 Кб	LibFFT12 (pdf, 1 МБ)
Библиотека функций по обработке изображений для МС-12. Руководство программиста	10.04.2006	849 Кб	libVIDEO (pdf, 1 МБ)
Применение процессоров серии «Мультикор». Обработка прерываний	09.03.2017	596 Кб	mc_start_exception (pdf, 1 МБ)
Применение процессоров серии «Мультикор». Работа с памятью. Преобразование адресов и кэширование	23.01.2015	195 Кб	mc_start_memory (pdf, 1 МБ)
Применение процессоров серии «Мультикор». Рекомендации по проектированию принципиальной электрической схемы	03.05.2018	429 Кб	mc_start_schematic (pdf, 1 МБ)
Применение процессоров серии «Мультикор». Работа с каналами DMA	19.01.2017	403 Кб	mc_start_dma (pdf, 1 МБ)
Применение процессоров серии «Мультикор». Работа с портом внешней памяти общего назначения (MPORT)	25.07.2016	194 Кб	mc_start_mport (pdf, 1 МБ)
Вся документация

Средства разработки

	Отладочный модуль МС-0226EM
	Среда разработки и отладки программ MCStudio 2 (демо). Скачать (22,4 Мбайт)
	Эмулятор MC-USB-JTAG
	ОС Linux
	Операционная система uOS
запросить	ОС жесткого реального времени QNX 6.3 (Neutrino)
	Драйвер контроллеров PCI микросхем 1892ВМ5Я, 1892ВМ7Я, 1892ХД1Я (Windows XP) Скачать (226 Кбайт)
	Бета-версия драйвера контроллеров PCI микросхем 1892ВМ5Я, 1892ВМ7Я, 1892ХД1Я, 1892XД4Ф для ОС Windows (7, 8, 8.1), Linux Скачать (13,1 Мбайт)