融合MCU與DSP功能以實現塊和流處理

在控制我們的用戶界面方面，微控制器（MCU）表現出色。它們可以初始化其他電路，監(jiān)控輸入，響應中斷，并驅動顯示和控制的輸出。然而，盡管集成了模擬功能（如A/D轉換器、D/A轉換器、PWM、電壓基準、運算放大器和比較器）使MCU能夠在模擬領域發(fā)揮作用——這對于許多相對簡單的模擬處理任務是常見的——但總體而言，微控制器在處理模擬信號方面通常表現不佳。

以恒溫器為例，幾乎任何混合信號微控制器都可以處理。它監(jiān)測溫度，與設定點進行比較，然后切換開關。你可以添加編程滯后、定時操作、云連接和全球連接，但最終MCU通過拋出或釋放開關來執(zhí)行其任務。

然而，在現實世界中，大多數控制回路的運行速度遠遠超過室溫的變化速度，并且監(jiān)控的不僅僅是一個輸入。在這里，速度、性能和靈活的架構等基本屬性非常重要，特別是在面對塊或流式處理需求時，同樣重要的還有DSP功能的類型，無論是融入到微控制器的核心，還是與微控制器并行處理模擬功能。

處理方法

通過巧妙地劃分功能而不是將所有繁重的任務放在單一控制塊上，某些混合信號設計方面更好。兩種方法是捕獲原始數據并在數字世界中進行所有處理，以及在信號到達A/D之前進行一些基本處理。如果處理資源充足，那么最簡單的方法是以原始形式提取所有內容，然后從那里開始。

大多數線性信號需要通過一些外部組件來匹配信號范圍和A/D轉換器的范圍。這樣可以最大化數據的動態(tài)范圍，提供最高分辨率。微弱的信號需要放大，而強力的信號需要衰減。如果我們能在模擬世界中對信號進行一些簡單處理，然后再進入A/D轉換器，我們可以根據處理器運行的算法減少所需的處理能力。

硬件基礎信號處理

一個簡單的例子就是，僅通過添加一個電容器，就能將衰減器變成低通濾波器。這一點說明，基于硬件的信號處理的平衡方法成本非常低，占用空間很小，并且可以簡化后續(xù)的設計。

雖然數字領域中仍可能需要進行過濾，但通過巧妙地劃分功能，您可能能夠減少所需的處理量，從而降低成本，節(jié)約能源，并減少代碼開發(fā)。

DSP級別

在數字形式中，高通、低通、帶通和陷波濾波器可以作為濾波過程的輸入波形，以精確的數字形式持續(xù)實現。對于增益、反轉、衰減、平均、峰值檢測、低值檢測、積分、微分等也是如此。

一旦數據進入處理器，處理器類型、架構、速度和特殊功能的具體情況就決定了它是否適合手頭的任務。雖然舊的馮·諾依曼CISC架構適合簡單的控制任務，但當引入實時方面時，它們并不理想。一個局限性是，在CISC機器中，不同類型的指令可以使用不同數量的周期，每條指令多個時鐘周期?，F在代碼的有效性取決于您使用的指令以及使用位置。中斷響應也會影響實時性能。

使用RISC的哈佛架構更適合穩(wěn)定管道處理數據流。這些通常在單個時鐘周期或單指令周期內執(zhí)行。RISC機器通常以更高的速度運行，增加了另一個性能提升功能。對于系統(tǒng)設計師來說，一個好處是數據區(qū)與代碼空間是分開的。這在劃分和使用內存塊進行捕獲的數據處理和臨時RAM時提供了更多靈活性。

決定哪種處理器用于混合信號任務的關鍵是指令集，特別是快速乘法、乘積累加和快速除法。固定或浮點需求在這里也很重要。這些在實現算法的濾波器和模擬處理塊中特別重要，特別是如果它們需要實時解決代數和二次方程。

許多處理器核心增加了一兩個乘法指令，就宣稱自己具有DSP功能，其實它還要有其它專門用于信號處理的處理器。但不是每個具有DSP功能的處理器都擁有完整的32位架構并以數百MHz的速度運行。許多應用只需16位功能和32位擴展即可。

選擇的微控制器是否適用于實時信號密集型設計，取決于處理器架構、性能水平、外圍混合和計算資源。在不斷變化的波形上操作的塊和流處理器，在選用合適的部件并在設計階段的頂層進行最有效的設計劃分時，就可以將MCU和DSP結合后在塊或流式處理中的模擬信號方面優(yōu)勢發(fā)揮出來。