В. Ломакин

Процессоры фирмы HYPERSTONE - новое слово в ряду RISC/DSP

Усовершенствованная RISC/DSP-технология - снижает стоимость и увеличивает производительность системы.

Семейство Hyperstone E1-32 представляет новый класс микросхем, сочетающих высокопроизводительный RISC-процессор с добавлением "мощных" инструкций по цифровой обработке сигнала (DSP), а также стандартных функций микроконтроллера.

Высокая производительность достигается не за счёт простого увеличения тактовой частоты, а за счёт усовершенствованной архитектуры, которая комбинирует достоинства RISC- и DSP-технологий. При этом обеспечен мощный набор инструкций переменной длины. Программы для Hyperstone E1-32 требуют в два раза меньший объём памяти, по сравнению с программами для большинства стандартных RISC-микропроцессоров.

Большинство команд выполняется за один такт. Быстродействующий аппаратный умножитель и высокая тактовая частота делают этот процессор одним из самых быстрых процессоров среди предлагаемых сегодня на рынке для цифровой обработки сигналов (DSP).

Для большого количества приложений Hyperstone E1-32 позволяет обойтись без дополнительных микросхем с функцией DSP. DSP возможности Hyperstone E1-32 оптимальны для мультимедиа/телеком приложений.

До сегодняшнего момента отдельное ядро DSP и стандартное ядро CPU были необходимы для большого числа различных приложений, особенно в области мультимедиа и телекоммуникаций.

Все эти приложения, наконец, могут быть реализованы на одном микропроцессоре Hyperstone, так как DSP-модуль интегрирован в его архитектуру.

Так как RISC/DSP-процессоры Hyperstone основаны на архитектуре с одним ядром, то нет необходимости объединять контроллер и DSP и периферию.

Кроме того, использование отладочных средств и операционной системы в этом случае намного проще, по сравнению с решением, где используются два ядра, даже если эти два ядра выполнены на одном кристалле кремния.

У Hyperstone RISC и DSP работают вместе.

Рисунок 1. Традиционное решение и решение на основе Hyperstone RISC/DSP

Основные особенности

• 32-бит RISC/DSP процессор;
• параллелизм работы АЛУ (арифметическо-логического устройства), DSP (модуля цифровой обработки сигналов) и устройства загрузки хранения Load/Store;
• 16-, 32-, 48-бит инструкции;
• 64 локальных, 26 глобальных регистра;
• локальные регистры имеют циклическую организацию;
• 4-Гбайт адресное пространство памяти;
• отдельное адресное пространство ввода/вывода I/O;
• 16 Кбайт ОЗУ (RAM) на кристалле;
• кэш-память для инструкций на кристалле;
• отдельные шины адреса и данных;
• 32-бит таймер и сторожевой таймер;
• встроенный контроллер DRAM, SDRAM;
• тактовая частота до 220 МГц;
• ФАПЧ на кристалле (8:1,4:1,2:1,1:1,0.5:1);
• статический дизайн;
• 220 MIPS, и до 880 MOPS;
• до 2445 MIPS/Watt;
• 1 K комплексных FFT за 0,25 мс;
• 4 цикла MPY (32x32 бит);
• 1 цикл MPY (16x16 бит);
• 1 цикл умножение-сложение (конвейер);
• 1 цикл MOV, ADD, CMP, SHIFT;
• 1 цикл DRAM чтение или запись (конвейер);
• подключение памяти и микросхем ввода/вывода без дополнительной согласующей логики;
• менее 0,41 мВт/МГц рассеиваемой мощности;
• полностью автоматический режим "понижения питания";
• функция отключения тактового сигнала.

Разновидности Hyperstone RISC/DSP

Hyperstone E1-32X RISC/DSP семейство содержит несколько типов процессоров. Ширина внешней шины данных может быть 32-бит для E1-32X модели или 16-бит для E1-16X.

Тип корпуса для серии E1-32X - это 144-pin TQFP (20ґ20ґ1,4 мм), в то время как для E1-16X серии предназначен компактный (14x14x1,4 мм) 100-pin TQFP корпус.

Единая архитектура Hyperstone RISC/DSP

Архитектура Загрузки/Хранения используется как АЛУ, так и DSP Hyperstone RISC. Эта архитектура регистро-ориентированная и построена вокруг 32-бит регистрового стека, который содержит 64 локальных регистра общего назначения и 26 глобальных регистров. Инструкции загрузки и хранения работают по принципу конвейера с глубиной в 2 стадии. DSP-модуль также работает с набором регистров параллельно АЛУ и устройству загрузки/хранения. Он выполняет специальный набор DSP-инструкций. Как и все другие, DSP-инструкции строго следуют принципам RISC. Во время циклов ожидания DSP инструкций АЛУ и устройство загрузки/хранения могут выполнять другие инструкции.

Рисунок 2. Структура процессора Hyperstone E1-32X RISC/DSP

Это позволяет увеличить гибкость системы по сравнению с традиционными DSP-применениями. Дополнительно могут выполнятся до трёх операций за такт. Таким образом может быть достигнута пиковая производительность до 300 MOPS при 100 МГц. Как упоминалось ранее, Hyperstone RSC/DSP архитектура имеет набор в общей сложности из 96 32-бит регистров, из которых 64 являются локальными, а остальные - глобальные.

Регистровый стек организован как циклический буфер и использует концепцию стека с перекрывающимися фреймами (областями).

Hyperstone RISC/DSP процессоры используют различную длину инструкций - 16, 32 и 48 бит.

Безусловно, полезными являются интегрированные таймеры, обработчик прерываний, усовершенствованный интерфейс шины для прямого подключения (без согласующих компонентов) любого вида памяти и периферии. Автоматический механизм режима снижения питания уменьшает и без того маленькую потребляемую мощность, чего удалось достичь за счёт компактного дизайна. DSP-свойста оптимальны для мультимедиа/телеком приложений.

DSP-модуль Hyperstone RISC/DSP строго следует RISC-принципам. Как и для АЛУ, все DSP-инструкции работают с набором регистров основной архитектуры, таким образом обмен данными между АЛУ и DSP упорядочивается.

DSP-модуль поддерживает 16- и 32-бит типы данных. С целью повысить скорость потока данных, DSP-модуль распределяет соответствующие результаты в регистры, в 32-бит аппаратный аккумулятор и 64-бит аппаратный аккумулятор.

Специализированные команды DSP-типа

При 16-бит формате данных:

• умножение (за один цикл, конвейерное);
• умножение с накоплением (за один цикл, конвейерное);
• комплексное умножение;
• комплексное умножение с накоплением;
• сложение–вычитание;
• сдвиг с фиксированной точкой.

При 32-бит формате данных:

• умножение;
• умножение с накоплением;
• умножение–вычитание.

Весь DSP-механизм, включая параллельную работу, АЛУ, модуля Загрузки/Хранения и DSP-модуля, полностью поддерживается специально разработанной библиотекой Hyperstone’s DSP - hyDSP.

Выводы

Используя уникальный набор технических особенностей и низкий уровень цен на E1-32 процессоры, компания Hyperstone, совместно со своими партнёрами, добилась больших успехов на рынке мультимедиа/телеком приложений.

Процессоры E1-32 Hyperstone можно встретить в цифровых камерах, системах распознавания и обработки видео и речи, модемах, различных интернет/интранет проектах, мобильных устройствах (в том числе, с поддержкой технологии Bluetooth) и многих других.

Сегодня продукция Hyperstone доступна и для Российских разработчиков.

Стратегическим партнёром компании Hyperstone в России является ООО "Макро Тим".

Мы ждём всех, кого заинтересовала продукция Hyperstone.

Более подробную информацию о компании Hyperstone и выпускаемых ею компонентах, техническую документацию можно получить в интернете на сайте www.hyperstone.com и в офисе "Макро Тим".