کتاب آمورش DSP بر اساس پردازنده‌های TI

در این بست توضیحات لازم در ارتباط با کتاب آمورش DSP ارئه شده است. 

پردازش سیگنال‌های دیجیتال که معادل عبارت انگلیسی Digital Signal Processing می‌باشد و به اختصار به آن DSP گفته می‌شود، یک بخش مهم از علوم مهندسی با کاربردهای گوناگون در شاخه‌های مختلف می‌باشد. عمده‌ی کابردهای این گرایش اولاً با مباحث مخابرات دیجیتال و ثانیاً با مباحث مهندسی پزشکی در حوزه‌ی پردازش سیگنال‌های حیاتی درامیخته است؛ اما با ترکیب علوم و پدیدار شدن شاخه‌های تازه‌ی علم و پیشرفت فناوری، هر روزه بر کاربردهای پردازش سیگنال‌های دیجیتال در شاخه‌های دیگر افزوده می‌شود.

کاربردهای DSP

امروزه‌ DSP از آن‌چیزی که صرفاً با دید ریاضیاتی و برنامه‌نویسی ممکن است به آن نگریسته می‌شود، گسترده‌تر شده و در کشورهای صنعتی، هر روزه کاربردی جدید از این دانش در صنایع مختلف پیدا می‌شود. شاید شنیدن این‌که یکی از کابردهای مهم DSP در مهندسی مکانیک برای کنترل و از بین بردن نویز آکوستیکی که به آن ANC گفته می‌شود، یا مثلاً یکی دیگر از کاربردهای بسیار مهم این روزهای DSP در حوزه مهندسی برق قدرت چه در شاخه‌ی الترونیک قدرت و چه در شاخه اندازه‌گیری پارامترهای شبکه‌ی قدرت می‌باشد، کمی تازگی داشته باشد.

شرکت TI پیشرو در صنعت پردزانده‌های DSP

با عنایت به مواردی که در ارتباط با اهمیت این شاخه از علم در صنایع مطرح شد، در حدود 40 سال اخیر شاهد آن هستیم که شرکت‌های فعال در حوزه‌ی الکترونیک بالاخص شرکت معظم و پیشروی Texas Instruments به فکر ساخت پردازنده‌هایی افتادند که برای محاسبات پردازشی، بهینه شده باشند. تلاش‌های دهه‌ی هشتاد و اوایل دهه‌ی نود میلادی برای دست‌یابی به چنین پردازنده‌هایی بسیار موفقیت‌آمیر بود. شرکت‌های مثل Analog Devices، Motorola، Microchip و سرامد همه‌ي این‌ها شرکت TI در اواخر دهه‌ی نود میلادی و اوایل قرن جدید، پردازنده‌هایی روانه‌ی بازار کردند که ظرفیت محاسباتی بالایی داشتند. لقب ِسرامد ِصنعت ِپردازنده‌های DSP به شرکت TI اختصاص دارد؛ به همین دلیل برای فردی که می‌خواهد در زمینه‌ی کارهای پردازشی صاحب تخصص شود، بهتر است توان خود را روی یادگیری کار با محصولات DSP این شرکت بگذارد. به همین دلیل کتاب آمورش DSP بر اساس تکنولوژی‌ C55x شرکت TI طرح گردیده است.

DSP یا DSP

کاربرد ِاصطلاح DSP در معنای جدیدش که به پردزانده‌های سیگنال‌های دیجیتال دلالت می‌کند، با DSP به معنی علم پردازش سیگنال‌های دیجیتال تفاوت دارد. وقتی می‌گوییم سحت‌افزارهای مبتنی بر DSP، منظورمان از به کارگیری این اصطلاح در واقع Digital Signal Processor است، یعنی پردزانده‌های خاص منظوره‌ برای کابردهای پردازشی و محاسباتی که امکان پیاده‌سازی الگوریتم‌های پردازشی و اعمال انواع فیلترهای دیجیتال را به کاربر خود می‌دهند. اما زمانی که از واژه‌ی DSP به معنای علم پردازش سیگنا‌ل‌های دیجیتال استفاده می‌کنیم منظورمان Digital Signal Processing است.

Real-Time DSP

در این‌جا مفهوم تازه‌ای مطرح می‌شود که در مقایسه با بحث تئوری، اشتراکات و تفاوت‌هایی دارد. زمانی که بحث کار با پردازنده‌های سیگنال‌های دیجیتال مطرح می‌شود با مفوم “پردازش بلادرنگ سیگنال‌های دیجیتال” باید بشتر آشنا شویم. الزامات، قیود و چالش‌هایی در پیاده‌سازی عملی الگوریتم‌های پردازشی، آن هم به صورت زمان-حقیقی وجود دارد که نیاز به کسب مهارت و تجربه در این حوزه را ضروری می‌سازد.

انتشار کتاب آمورش DSP در همکاری با واحد نشر مجتمع فنی تهران

از این رو با توجه به فقدان منابع آموزشی مناسب در یادگیری اصول و تکنیک‌های پردزاش بلادرنگ سیگنال‌های دیجیتال بر پایه‌ی پردازنده‌های DSP شرکت تگزاس اینسترومنتس، گروه فنی و مهندسی آرتوان اقدام به تألیف کتاب آمورش DSP، در همکاری مشترک با انتشارات دیباگران به عنوان واحد نشر مجتمع فنی تهران نموده است. کتاب آمورش DSP  در اصل یک خودآموز عملی محسوب می‌شود و شامل چندین ویدئوی آموزشی در کنار متن اصلی کتاب است.

نگرش غالب DSP در ایران

در کشور ما دانش DSP در سطح بالایی قرار دارد و اساتید و دانشجویان مقاطع تحصیلات تکمیلی از سواد ریاضی و حتی توان برنامه‌نویسی خوبی در حوزه‌ی DSP برخوردارند، لیکن فقدان، دقیقاً جایی احساس می‌شود که کارهای سخت‌افزاری و پیاده‌سازی‌های عملیاتی نیاز می‌باشد. درست که شبیه‌سازی یک فیلتر ِدیجیتال ِپیشرفته در نرم‌افزار قدرتمندی مثل MATLAB یک توانایی آکادمیک محسوب می‌شود، اما این دانش و توانایی برای کسب درآمد و حل مشکلات صنعت در حوزه‌ی پردازش سیگنال، اگرچه لازم و ضروری است، اما ابداً کافی نمی‌باشد. به همین دلیل در کتاب آمورش DSP نگرش موجود در پرداختن متوازن به موضوعات مورد بحث با در نظر گرفتن هر دو بخش تئوری و عملی می‌باشد.

نگرش تؤامان تئوری و عملی در کتاب آمورش DSP

با این مقدمه، انگیزه‌ی نگارندگان این کتاب، برای مخاطب محترم مشخص می‌گردد. از آن‌جا که ضرورت کسب مهارت‌های فنی مرتبط با رشته‌ی تحصیلی، بر کسی پوشیده نیست، ما در این کتاب با رویکردی کاملاً نو و متفاوت در سطح کشور، به جای تمرکز بر روی الگوریتم‌ها یا حتی توانایی‌ برنامه‌نویسی ِ مخصوص محاسبات پردازشی به کمک یک زبان برنامه‌نویسی و بر روی کامپیوتر، دقیقاً مسیر عکس را انتخاب کرده‌ایم و ابتدا سراغ آموزش طراحی سخت‌افزار مبتنی بر تراشه‌های DSP  سری C55x رفتیم.

تفسیم‌بندی موضوعی کتاب آمورش DSP در سه دسته‌ی کلی

در برنامه‌ریزی صورت گرفته برای انتشار یک مجموعه کتاب در این حوزه، سه دسته‌ی کلی زیر برای موضوعات کتاب آمورش DSP برگزیده شده است:

• طراحی سخت‌افزار مبتنی بر تراشه‌های DSP (بخش اول کتاب آمورش DSP شامل مباحث طرحی شماتیک و PCB در نرم‌افزار Altium Designer است.)
• اصول و تکنیک‌های برنامه‌نویسی مخصوص تراشه‌های DSP (بخش دوم کتاب آمورش DSP شامل مباحث مهم در آموزش تکنیک‌های برنامه‌نویسی بر روی پردازنده‌های DSP بر اساس نرم‌افزار Code Composer Studio می‌باشد.)
• مباحث و عناوین پیشرفته (بخش سوم کتاب آمورش DSP که ترکیبی از مباحث پیشرفته‌ی تؤامان سخت‌افزار و نرم‌افزار در این حوزه است.)

بخش اول کتاب آمورش DSP

بخش اول کتاب آمورش DSP به طراحی یک سخت‌افزار مطمئن بر اساس پردازنده‌های سری 5000 شرکت TI اختصاص یافته و کارهای تألیف و تدوین آن در تاریخ نگارش این پست، به پایان رسیده است و از اوایل دی‌ ماه سال ۱۳۹۷ در کتاب‌فروشی‌های معتبر و البته در همین سایت با امکان ارسال به کل کشور، ارائه می‌گردد. بخش دوم نیز طبق برنامه، فروردین سال ۹۸ چاپ و منتشر خواهد گردید. دلیل تقدم موضوع طراحی سخت‌افزار بر اصول و تکنیک‌های برنامه‌نویسی دقیقاً به همان دلیلی است که پیشتر به آن اشاره شد.

دیدگاه سخت‌افزاری موجود در بخش اول کتاب آمورش DSP

اگر شما به عنوان یک مهندس طراح سیستم‌های پردازشی اعم از صوت، تصویر، سیگنال‌های ماهواره‌ای، راداری، سیگنال‌های حیاتی، سیگنال‌های آکوستیکی و موارد دیگر، با چالش‌ها و محدودیت‌های سخت‌افزار چه از حیث ظرفیت‌های محاسباتی یک پردازنده (در مقایسه با کامپیوترها امروزی) و چه از حیث طراحی‌های سخت‌افزاری مثل پهنای باند، فرکانس نمونه‌برداری، رزولوشن نمونه‌ها، مهار نویز محیطی، قیود عملی ارضای شرط نایکوئیست که با فرمول‌های ریاضیاتی در پیاده‌سازی متفاوت است و دها مشکل و چالش دیگر، مواجه نگردید،  کار در این حوزه برایتان با دید کسب درامد، سخت می‌شود.

طراحی برد بخش اجتناب ناپذیر یک پروژه‌ی DSP

با عنایت به این توضیحات، از آن‌جا که در پروژه‌های زمان‌حقیقی پردازش سیگنال‌های دیجتال، شما و تیم‌تان عملاً ناگزیر از طراحی یک یا چند برد مبتنی بر تراشه‌هایی که می‌خواهید برنامه‌تان را روی آنها نوشته و اجرا کنید، خواهید بود، بنابراین بخش اول کتاب آمورش DSP در مورد اصول طراحی یک سخت‌افزار مطمئن بر پایه‌ی تراشه‌های C55x می‌باشد.

مواردی که در این کتاب خواهید آموخت به صورت تیتر وار:

موارد طرح شده در کتاب آمورش DSP از لحاظ موضوعی اولاً شناخت تراشه‌ی DSP و ملزومات سخت‌افزاری به منظور برقرار ارتباط آن با سایر آی‌سی‌های روی برد وثانیاً ملاحظات سخت‌افزاری برای دست‌یابی به یک برد مطمئن از حیث تغذیه و عدم نویزپذیری و نکات طراحی شماتیک و PCB در نرم‌افزار Altium Designer می‌باشد.

موضوعات مرتبط با  تراشه‌ی DSP و پورت‌های ارتباطی آن

مواردی که در این دسته جای می‌شوند شامل موارد زیر هستند:

• معرفی اجمالی معماری پردازنده های C55x
• شناخت باس های دیتا، برنامه و پریفرال های این پردازنده ها
• آموزش ساخت کتابخانه شماتیک چند بخشی
• بررسی تمام ترمینال ها و پایه های تراشه های زیر با در نظر گرفتن شباهت ها و تفاوت ها
  TMS320VC5507
  TMS320VC5509A
• انتخاب بهترین روش برای تامین کلاک ورودی تراشهDSPبا در نظر گرفتن تمام جوانب
• طراحی سخت افزار استیبل برای دریافت و ارسال سیگنال های صوتی
  بر پایه CODECهای صوتی
• ملزومات سخت افزاری مربوط به ترمینال های تست و اشکل زدایی
• ارتباط تراشهDSPبا انوع مموری سریال و موازی
• ملزومات سخت افزاری برای ارسال و دریافت سیگنال های دیجیتال صوتی

موضوعات مربوط به طراحی یک برد بی نقص و پایداری

مواردی که در این دسته جای می‌شوند شامل موارد زیر هستند:

• تکنیک های تامین تغذیه پایدار برای مدار
• بررسی و آموزش طراحی مدار تست شده ی راه انداز چند رگولاتور و LDO مختلف بر اساس نوع پروژه
• روش های جلوگیری از نویزی شدن منابع تغذیه
• آموزش جداسازی تغذیه تراشه های مختلف روی برد
• روش های جداسازی تغذیه ی بخش های آنالوگ و دیجیتال تراشهCODEC
• ملزومات سخت افزاری برای ایجاد تنوع در Boot تراشه DSP
• روش های
  -ایجاد زوج دیفرانسیلی-مچ کردن طول ترک های دیتای متصل به SDRAM
  – ساخت شماتیک چند صفحه ای
  – و…
• تکنیک هایLayout برای بخش های تغذیه، ترکهای مربوط به سیگنال های صوت، واحدUSB و ارتباط مطمئن JTAG

اما بخش اول کتاب آمورش DSP برای چه کسانی مفید خواهد بود؟

این بخش از کتاب آمورش DSP برای دو دسته از افراد زیر مفید می‌باشد:

• افراد علاقه مند به ورود به حوزه عملیاتی پردازش سیگنال های دیجیتال
• افراد علاقه مند به افزایش مهارت در طراحی شماتیک و PCBهای نسبتا پیچیده

پیشنیاز بخش اول کتاب آمورش DSP

پیشنیاز بخش اول از این کتاب، آشنایی اولیه با نرم‌افزار Altium Designer می‌باشد.

---