Hallo,
für ein Projekt zur Signalübertragung über Leitungen wird ein möglichst
preisgünstiger Controller gesucht, der neben klassischer µC-Aufgaben
auch die digitale Signalverarbeitung beherrscht. Es sollen eine FSK
moduliert und demoduliert sowie höhere Ebenen des
Kommunikationsprotokolls realisiert werden. Die Übertragungsraten sind
eher gering (300 bps würde genügen), so dass die DSP-Anforderungen nicht
allzu hoch sind. Dennoch müssen Abtastraten im 10kHz-Bereich verarbeit
werden, so dass 8bit µCs an ihre Grenzen stossen, vor allem wegen der
sehr langsamen Multiplikation.
Das wichtigste Kriterium ist neben dem Preis der Energieverbrauch, der
µC sollte schaltbare Taktfrequenzen haben und über einen Schlafmodus
verfügen, falls es gearde nichts zu kommunizieren gibt. Idealerweise
befinden sich möglichst alle wichtigen Hardwarekomponenten auf einem
Chip (Speicher, AD/DA-Wandler). Bei klassischen DSPs sieht es bei
letzterem relativ schlecht aus.
1. DSPic von Microchip - günstig und scheint gut für die Aufgabe
geeignet, allerdings nicht wirklich sparsam.
2. Texas Instrument C5000 - Serie: Hohe DSP-Leistung bei gleichzeitig
niedriger Stromaufnahme. Allerdings aufwändige Beschaltung - zusätzliche
Spannungsversorgung für Core, externer Programmspeicher, daher teurer
3. 32bit Universal-µC: MIPS (PIC32) oder ARM Cortex. Sehr preisgünstig
und auch gute Stromsparmöglichkeiten, allerdings keine echten
DSP-Funktionen.
Persönlich würde ich die Microchip (PIC) Produkte bevorzugen, da ich
mich mit deren Entwicklungssystemen gut auskenne. Aber kennt jemand noch
weitere Chips für ein derartiges Anforderungsprofil?
> Die Übertragungsraten sind eher gering (300 bps würde genügen), ...> so dass 8bit µCs an ihre Grenzen stossen, vor allem wegen der> sehr langsamen Multiplikation.
Das macht ein 8-Bitter wie z. B. der AtMega328 mit links!
Ich kann auf einem xmega Audiosamples mit 256kSp modulieren,
Frrequenzüberlagerung etc. und brauche trotzdem nur einen Bruchteil
meiner Rechenzeit - und das ganz ohne DSP Funktionen (gute Algorithmen
machens möglich).
300 bps schafft selbst ein Mega8!
Mike schrieb:> 3. 32bit Universal-µC: MIPS (PIC32) oder ARM Cortex. Sehr preisgünstig> und auch gute Stromsparmöglichkeiten, allerdings keine echten> DSP-Funktionen.
Was unterscheidet denn "echte" von unechten DSP-Funktionen? Ein Cortex
M3 aktuellerer Bauart wird den dsPIC mindestens einholen, ein Cortex M4
zersägt ihn (hat aber auch DSP Befehle). Dazu gibt es von ARM höchst
selbst eine recht umfangreiche Bibliothek an fertigen Funktionen.
Je nachdem welche Stückzahlen Du planst, bleib entweder bei den dsPIC
weil Du die schon kennst oder nimm einen Cortex M3-M4. Schnell genug
sind die alle.
STK500-Besitzer schrieb:> STM32F4
Das ist unnötig riesig, fett und teuer, und sauft gigantische Mengen an
Strom.
Ich habe einmal FSK-Demodulation mit >60kHz mit einem kleinen CortexM0
umgesetzt. Weil das demodulieren in Software geschehen ist, man musste
den Takt auf 100% aufdrehen, es ging aber problemlos.
Wir hatten eine FSK mit mehreren kBd über eine Zweidrahtleitung. Der hat
die FSK in Software demoduliert, sogar der Komparator war im µC.
Das war relativ billig, weil der µC <1€ kostet, und extern nur noch ein
Low-Cost-OPV und ein bisserle Hühnerfutter nötig war.
Mein Tipp wäre ein STM32F051 oder alternativ ein äquivalenter PIC32.
Wenn der Stromverbrauch wichtig ist, wäre auch ein PIC24 einen Blick
wert.
Beachte unbedingt folgendes:
Wenn du einen µC nimmst, mit dem du viele aufwändige Sachen in die
Hardware verlagen kannst, wäre das enorm günstig für den Stromverbrauch,
weil du den Takt reduzieren kannst. Sieh dir die Datenblätter also genau
an.
DMA wäre so ein Fall, der viel bringen kann (wenn für die Anwendung
nutzbar).
Hi,
>> Persönlich würde ich die Microchip (PIC) Produkte bevorzugen, da ich> mich mit deren Entwicklungssystemen gut auskenne. Aber kennt jemand noch> weitere Chips für ein derartiges Anforderungsprofil?
Ich würde mich mal auch bei den kleinen Blackfin-Derivaten (BF529 o.ä.)
von Analog Devices umsehen. Die bringen mW immer noch die höchste
MIPS/uW-Ratio und lassen sich sehr gut drosseln/schlafenlegen. Zudem
sind sie lange verfügbar.
Nachteil: Sie sind in Europa schlecht verbreitet und die Distis
verkaufen lieber TI. Entwicklungstools sind auch ein bisschen ein
trauriges Thema.
@Mike (Gast)
>Kommunikationsprotokolls realisiert werden. Die Übertragungsraten sind>eher gering (300 bps würde genügen), so dass die DSP-Anforderungen nicht>allzu hoch sind.
In der Tat, das schafft ein normaler 8-Bitter ala AVR, MSP430 etc.
>Dennoch müssen Abtastraten im 10kHz-Bereich verarbeit>werden,
Warum muss man für 300 bps mit 10 kHz abtasten? Das klingt nach einer
sehr akademischen Modulation bzw. Verarbeitung.
>so dass 8bit µCs an ihre Grenzen stossen, vor allem wegen der>sehr langsamen Multiplikation.
Wieso? Ein AVR macht eine 8x8 Bit Multiplikation in 2 Takten. Man wird
wohl kaum mit Fließkomma arbeiten wollen/müssen.
>Das wichtigste Kriterium ist neben dem Preis der Energieverbrauch, der>µC sollte schaltbare Taktfrequenzen haben und über einen Schlafmodus>verfügen,
Das haben heute fast alle.
> Falk B. schrieb:>> Warum muss man für 300 bps mit 10 kHz abtasten? Das klingt nach einer> sehr akademischen Modulation bzw. Verarbeitung.>
Als Modulationsverfahren soll FSK verwendet werden mit 2 oder 4
Frequenzen im Bereich 1-3 kHz. Eine sinnvolle Abtastrate beträgt
mindestens das 4-fache der oberen Grenzfrequenz. Natürlich könnte man
auch knapp über Nyquist abtasten, aber dann wäre ein sehr steilflankiger
analoger Tiefpass als Anti-Aliasing-Filter nötig.
Nach der Abstastung wird die Bandbreite dann mittels Digitalfilter
reduziert.
Im speziellen Fall ist das Signal von starken Störungen überlagert, z.B.
durch Schaltimpulse angeschlossener Verbraucher oder von DC-DC-Wandlern.
Eine simple Demodulation durch Nulldurchgangzählen scheidet also hier
aus.
>>so dass 8bit µCs an ihre Grenzen stossen, vor allem wegen der>>sehr langsamen Multiplikation.>> Wieso? Ein AVR macht eine 8x8 Bit Multiplikation in 2 Takten. Man wird> wohl kaum mit Fließkomma arbeiten wollen/müssen.>
16x16->32 bit sollte es schon sein. Das lässt sich zwar im Prinzip aus 4
8x8 Multiplikationen und einigen Additionen zusammenbauen, wirklich
effizient ist das aber nicht mehr, insbesondere, wenn
vorzeichenbehaftete Zahlen multipliziert werden.
>>Das wichtigste Kriterium ist neben dem Preis der Energieverbrauch, der>>µC sollte schaltbare Taktfrequenzen haben und über einen Schlafmodus>>verfügen,>> Das haben heute fast alle.
Als möglicher µC käme noch die MSP430-Serie in Frage, die eine 16x16->
32bit Multipliaktionseinheit mit MAC-Akkumulator und Sättigungslogik
enthält.
ChrisMicro schrieb:> Hier gibt es ein Beispiel:>> https://github.com/arms22/SoftModem>> läuft aber mit 1225 BPS FSK.
Der Code scheint aber nur eine einfache Frequenzmessung über
Periodenzähler zu machen. Irgendeine digitale Filterung kann ich nicht
erkennen. Für kurze dedizierte Leitungen ist das OK. In meiner Anwendung
wäre das nicht zielführend, da auf der Leitung neben der Kommunikation
auch noch die Versorgungsspannung übertragen wird und die Störsignale in
der gleichen Größenordnung wie die Signalamplituden liegen. Der
Algorithmus wurde auf einer simulierten Übertragungsstrecke mittels
MATLAB bereits getestet.
Mike schrieb:>> Falk B. schrieb:>>>so dass 8bit µCs an ihre Grenzen stossen, vor allem wegen der>>>sehr langsamen Multiplikation.>>>> Wieso? Ein AVR macht eine 8x8 Bit Multiplikation in 2 Takten. Man wird>> wohl kaum mit Fließkomma arbeiten wollen/müssen.>>> 16x16->32 bit sollte es schon sein.
Wozu? Hast du denn überhaupt 16 Bit Abtastwerte?
> Das lässt sich zwar im Prinzip aus 4> 8x8 Multiplikationen und einigen Additionen zusammenbauen, wirklich> effizient ist das aber nicht mehr, insbesondere, wenn> vorzeichenbehaftete Zahlen multipliziert werden.
Und? Gibt es irgendwie Geld zurück für nichtverbrauchte Taktzyklen? Die
Frage ist doch nur, ob es schnell genug ist.
Das erscheint mir alles überhaupt nicht zielführend. Deine Anforderungen
sind um (geschätzt) Faktor 10 überzogen. Wie kommt das? Willst du
einfach nur deinen Arsch bedeckt halten? Wenn es nicht klappt, bist du
wenigstens nicht daran schuld, zu kleine Hardware gewählt zu haben?
Sonst mach es halt so wie man das immer macht, wenn man die
Anforderungen nicht seriös abschätzen kann: bau einen Prototyp mit
richtig fetter Hardware und skaliere den nachher runter.
>Der Code scheint aber nur eine einfache Frequenzmessung über>Periodenzähler zu machen. Irgendeine digitale Filterung kann ich nicht>erkennen.
Hier gibt es ein anspruchsvolleres, was die Signalverarbeitung angeht:
https://github.com/markqvist/MicroModemGP/blob/master/hardware/AFSK.c
Letztendlich zeigen diese Projekte, dass es geht. Aber die Entwicklung
war sicherlich nicht einfach, weil Signalverarbeitung im Audiobereich
den AVR an seine Grenzen bringt und man immer Taktzyklen zählen muss.
32 Bit Prozessoren sind da schon deutlich bequemer.
Mike schrieb:>>>so dass 8bit µCs an ihre Grenzen stossen, vor allem wegen der>>>sehr langsamen Multiplikation.>>>> Wieso? Ein AVR macht eine 8x8 Bit Multiplikation in 2 Takten. Man wird>> wohl kaum mit Fließkomma arbeiten wollen/müssen.>>> 16x16->32 bit sollte es schon sein. Das lässt sich zwar im Prinzip aus 4> 8x8 Multiplikationen und einigen Additionen zusammenbauen, wirklich> effizient ist das aber nicht mehr, insbesondere, wenn> vorzeichenbehaftete Zahlen multipliziert werden.
Da reicht ein kleiner PIC24 locker aus. Fast ein beliebiger. Der kann
16x16bit in Hardware.
Alternativ ein PIC32MM:
http://www.microchip.com/wwwproducts/en/PIC32MM0032GPL020
Der schafft einen 16x32Multiply in einem Takt. Der kostet <1€ / Stück
und ist sparsam.
PS:
Auch ich glaube, dass das ein 8-Bitter mühelos schaffen sollte. Aber
warum überhaupt überlegen - schließlich ist ein AVR ist teurer als der
genannte PIC32 oder ein STM32F051.
Mike schrieb:> Dennoch müssen Abtastraten im 10kHz-Bereich verarbeit> werden, so dass 8bit µCs an ihre Grenzen stossen, vor allem wegen der> sehr langsamen Multiplikation.
Wie wäre es mit einem der neuen 18er PIC. Die haben Hardware-Multiplier,
je nach Modell ADC / DAC, diverse Timer, nanoWatt, können bis 80 Mhz
getaktet werden und die Programmierung insbesondere in ASM ist
wesentlich einfacher als beim PIC32. Die DSP-Funktionen sollten doch
auch in Software funktionieren und trotzdem wirst du den µC nicht
auslasten.
Alternativ ein PIC24, der hat 16bit Hardware-Multiplikation und mehr
Speicher.
Jens P. schrieb:> getaktet werden und die Programmierung insbesondere in ASM ist> wesentlich einfacher als beim PIC32. Die DSP-Funktionen sollten doch
Der von mir genannte PIC32MM0032GPL020 kostet weniger als 1€. Um den
Preis bekommt man kaum einen 8-Bitter mit gleicher Flash-Größe (32kB).
Man muss also gleich viel oder mehr für den µC zahlen, bekommt aber
weniger Leistung.
Warum sollte das irgendjemand freiwillig tun?
Der PIC32 sind in C nicht komplizierter zu programmieren als der PIC18.
Das ist wie gewohnt bei Microchip, man kann durchaus das Datenblatt
abtippen, Harmony ist nicht zwingend. Speziell bei den simplen PIC32.
Für die Anwendung des TO wird der freie Compiler reichen, denke ich.
