Elaborazione Numerica dei Segnali

6.5. H/W Specializzato: Moltiplicazione Veloce 129
alla capacità di memoria dei DSP; fortunatamente, un gran numero di applicazioni richiede
programmi con solo poche migliaia di istruzioni e dati per poche migliaia di parole.
Tra le apparecchiature fondamentali che rendono possibile l’elaborazione digitale vanno
ricordati i convertitori analogico-digitale (ADC) e digitale-analogico (DAC): interfacciare
in modo efficiente il processore digitale con i convertitori ADC e DAC è di grande
importanza per una efficiente elaborazione. Sono proposte due soluzioni h/w:
1. integrazione dei convertitori ADC e DCA nello stesso chip del DSP;
2. presenza di h/w speciale per interfacciare efficientemente convertitori e DSP.
Nel primo caso, all’attuale livello di miniaturizzazione, i DSP non possono includere
altre componenti, visto il consumo complessivo dell’area di silicio. Questo comporta
attualmente forti limiti alle prestazioni di questi DSP.
Nel secondo caso, il processore include una speciale porta seriale per lo scambio di dati,
con un numero veramente ridotto di pin di I/O. Questa soluzione permette di interfacciare
DSP integrati su un unico chip con potenti convertitori a 24 bit.
6.5 H/W Specializzato: Moltiplicazione Veloce
La realizzazione circuitale h/w di una funzione permette tempi di calcolo 10 2 volte più bassi
della corrispondente realizzazione in software o firmware. Non è pertanto sorprendente
che i DSP, nella perenne ricerca di velocità, contengano molte parti di h/w specializzato.
Vediamo alcuni importanti esempi.
Moltiplicazione h/w
Tipiche applicazioni dei DSP, come l’ implementazione di un filtro, richiedono di eseguire
un ordine di 10 6 − 10 9 moltiplicazioni. La velocità di esecuzione della singola moltiplicazione
è allora un parametro estremamente critico per la possibilità di elaborazione in
tempo reale: soluzioni firmware, che calcolano la moltiplicazione eseguendo un programma
sequenziale per la somma iterata, hanno velocità di esecuzione troppo bassa per molte
applicazioni. Risulta allora importante sviluppare circuiti dedicati per la moltiplicazione,
che ne permettano l’esecuzione in un singolo ciclo di clock.
In Figura 6.8 viene presentato un tipico h/w dedicato moltiplicatore-accumulatore
(MAC). In questa configurazione, il circuito moltiplicatore possiede una coppia di registri
di input a 16 bit ed un registro di output a 32 bit.
Esistono essenzialmente due tipi unità di moltiplicazione:
Unità per la moltiplicazione a virgola fissa. In questo caso tutte le cifre del numero
moltiplicato sono significative, e quindi questa unità ha eccellente velocità e precisione.
Tuttavia, per prevenire overflow gli ingressi e l’uscita devono essere scalati
via-software in modo da essere valori frazionari compresi tra −1 e +1. Questo
introduce difficoltà nella programmazione.