DSC

Історично мікроконтролери та сигнальні процесори (DSP) призначені для різних додатків. Мікроконтролери в основному використовуються в засобах управління, які виконують функції впізнання і контролю події. Типове призначення контролера – реакція на зовнішні події, тобто аналіз вхідних даних і статусу системи, з тим щоб своєчасно змінити її стан. Основні його операції – умовні переходи, маніпулювання великим обсягом даних і послідовне переміщення розрядів регістру або комірки пам'яті. Вони легко програмуються на мові Сі. Але мікроконтролери малопридатні для складної обробки сигналів.

Спеціалізовані цифрові сигнальні мікропроцесори (DSP) традиційно застосовуються в системах, що вимагають прецизійної обробки аналогових сигналів. Сигнальні процесори являють собою швидкісні обчислювачі і виконують математичні дії з надзвичайно високою швидкістю, безперервно маючи при цьому обчислювальні блоки необхідними даними. Ця остання завдання і робить програмування DSP менш привабливим у порівнянні з мікроконтролером.

Таким чином, основні властивості мікроконтролерів – можливість керування в реальному часі і детермінований відгук, DSP – висока продуктивність. Мікроконтролери, як правило, виконуються на одному кристалі, DSP часто вимагають застосування зовнішніх схем пам'яті, ПЛІС, контролера і сполучних логічних схем.

Сьогодні, у міру збільшення складності систем, мікроконтролери вже здатні виконувати деякі функції обробки сигналу, а DSP – функції відгуку на подію в реальному часі, зберігаючи при цьому своє безпосереднє призначення. У системах прецизійного керування електродвигунами, робототехніки, драйвери накопичувачів на жорстких дисках, ряді електронних засобів вимірювання з метою збільшення швидкості виконання математичних операцій передбачена можливість доступу DSP до зовнішньої пам'яті мікроконтролера. А в цифрових фотоапаратах, стільникових телефонах можлива спільна робота двох пристроїв, що виконують різні операції системи. І, звичайно, у розробників систем виникло питання: "А чому б не скоротити витрати і не об'єднати мікроконтролери та сигнальні процесори на одному кристалі?".

Існують два способи об'єднання мікроконтролера і DSP.

Відповідно до першого, у мікроконтролері можна передбачити можливість виконання функції сигнального процесора. Згідно з другим, мікросхема сигнального процесора "збагачується" функціями мікроконтролера і отримує набір периферії, властивий мікроконтролеру.

Деякі виробники мікроконтролерів намагалися додати до схеми, яка вже є у випуску, функції множення і додавання (MAC) сигнального процесора. Але функції DSP набагато складніше, ніж просто множення і додавання: введення й виведення даних, обробка різних типів даних, рішення проблем насичення і переповнення під час обчислень. Ці функції, а також виконання спеціальних алгоритмів DSP не можна просто "додати" до існуючих мікроконтролерів. Та мікроконтролери з додатковими блоками МАС не змогли працювати з швидкодією, властивим DSP. Такий підхід виявився прийнятний лише для створення цифрових сигнальних контролерів, використовуваних у системах з малим об'ємом математичних дій.

Були і спроби виробників цифрових сигнальних процесорів "збагатити" свої схеми периферійними пристроями мікроконтролерів (принаймні, UART, SPI і одним таймером). Але мікроконтролери, виконані на основі DSP-ядер, вже не володіють швидким детермінованим відгуком або можливістю побітової обробки. Єдине прийнятне рішення полягало в розробці цифрового сигнального контролера "з нуля" з урахуванням всіх особливостей мікроконтролерів та сигнальних процесорів. В результаті розроблені мікросхеми цифрових сигнальних контролерів з швидкою реакцією на переривання і периферійними пристроями, розрахованими на виконання функцій управління, такими як ШІМ і програмовані сторожові таймери, і з такими притаманними більшості DSP блоками, як МАС, багаторегістрові схеми циклічного зсуву і суматори великого об'єму.[1]

На сьогодні найбільшими постачальники мікросхем сигнальних контролерів є компанії: Microchip Technology, Texas Instruments і Freescale Semiconductor.

Freescale Semiconductor

Компанія Freescale пропонує поєднання мікроконтролерів і цифрових сигнальних процесорів, так звані цифрові сигнальні контролери (рисунок 1), що володіють такими властивостями:

• Команди, оптимізовані для управління, цифрової обробки, матричних операцій;
• Компактний асемблерний і Сі-код;
• Простота програмування;
• Висока продуктивність і розширене адресний простір.

Цифрові сигнальні контролери (DSC) компанії Freescale знаходять застосування в таких областях, як:

• автомобільна промисловість (EPAS, гальмування, X-Wire, трансмісія, привід гідравлічні або пневматичні розподільники, стартери, датчики інерції, управління двигунами);
• предмети домашнього побуту (пральні машини, холодильники, посудомийні машини, індуктивні печі);
• промисловість (імпульсні джерела живлення, частотні інвертори, безперебійні джерела живлення);
• торгові автомати, вимірювальні пристрої, системи безпеки, інтелектуальні іграшки.

Сімейство цифрових сигнальних контролерів, 56F8xxx, складається з трьох груп, 56F80xx, 56F81xx, 56F83xx, побудованих на базі ядра 56800E і розрізняються по продуктивності, обсягу пам'яті і функціональності[3]

Характеристики продукції Freescale Semiconductor

Сімейство	Продуктивність, MIPS	Об'єм  Flash, кБ	Об'єм RAM, кБ	Каналов 12-бітн. АЦП	Виходів ШІМ	Послідовні інтерфейси	GPIO	Кількість виводів
56F80xx	32	16…128	до 8	до 16.	до 6	до 2 SCI, до 2 SPI, I2C, CAN	до 53	32…64
56F81xx	40	32…512	до 2	до 16.	до 6	SCI, SPI	до 76	48…160
56F83xx	60	32…512	4…32.	до 16	до 12	до 2 SCI, до 2 SPI, до 2 CAN	до 76	48…160

Ядро 56800Е цифрових сигнальних контролерів 56F8xxx

В основі цифрових сигнальних контролерів знаходиться 16-бітове ядро ​​ побудовано за принципом Гарвардської архітектури.  Містить умножитель, який здійснює 16 × 16-бітну операцію множення з накопиченням за один цикл, чотири 36-бітних акумулятора, 32-бітовий арифметичний і логічний мультибітний рушійний пристрій, 3 внутрішніх адресних шини, 4 внутрішніх шини даних.  Система команд підтримує як команди цифрової обробки сигналу, так і команди управління.  Типи операндів: байти (8 біт), 16-бітові слова (цілі і дробові), 32-бітові слова (дробові).  Акумулятором є 36-бітний регістр.  Вектора переривань можуть розташовуватися в будь-якому місці пам'яті.  Підтримується чотири рівні пріоритетів вкладених переривань.  Вищий пріоритет у не замаскованому перериванні.  Програмні системні переривання на кожному рівні пріоритету.  Підтримуються швидкі переривання, що дозволяють в 2-3 рази швидше здійснити обробку події.