Segundo a idéia exposta por Braga [11], para se obter um processador digital de sinais bastaria ter um circuito capaz de converter o sinal analógico para um sinal digital e
83 processá-lo por um microprocessador, o qual poderia atribuir ao sinal as características desejadas através de um software e transformá-lo novamente num sinal analógico.
Buscando possibilitar o uso das técnicas de controle discreto, disponíveis desde a década de 60, e aplicar aos sinais complexas técnicas de controle e processamento, até então disponíveis apenas em laboratórios de pesquisas de alta tecnologia, surge então uma família de componentes que reúnem não apenas os conversores analógicos digitais (A/D) e conversores digitais analógicos (D/A) com capacidade de converter os sinais na velocidade e precisão exigida para a aplicação, mas também processadores capazes de manipular estes dados com alta velocidade, além da incorporação de outros periféricos. Esta evolução da microeletrônica torna o processo de projeto de sistemas para processamento de sinais mais simples, compacto, versátil e a integração reduz a necessidade de circuitos analógicos auxiliares. Com todas estas vantagens soma-se a possibilidade de implantação de avançados algoritmos de controle (clássico, robusto, adaptativo, fuzzy, sensorless entre outros) sem a interferência de parâmetros físicos dos componentes no processamento das informações e a flexibilidade de alteração dos parâmetros de controle por software, fazem com que os custos desta tecnologia passem a ser atrativos, conforme indicado nas bibliografias de [11, 13, 14, 15, 28].
Os DSPs vêm evoluindo rapidamente rumo a topologias que podem contar com estruturas cada vez mais complexos em termos de processamento e capacidade de memória, além de mais rápidos, aptos a trabalhar com sinais de freqüência cada vez mais altas. Fabricantes de DSPs, como a Texas Instruments, oferecem aos projetistas diversas famílias de DSP com características diferenciadas, que possibilitam ao projetista escolher qual das famílias melhor se adapta a sua necessidade. Dentre estas diversas famílias e/ou plataformas, podemos citar as plataformas: C2000 otimizada a aplicações de sistemas de controle em geral, a plataforma C5000 otimizada para produtos portáteis e de baixo consumo e a plataforma C6000 otimizada para o processamento de dados em aplicações que exigem alta capacidade de processamento, tais como telecomunicações. Componentes dentro de uma mesma família compartilham do mesmo núcleo de processamento, mas diferem entre si nas diferentes configurações de memória interna e periféricos agregados. [36].
Um DSP é, basicamente, um tipo de microprocessador otimizado para efetuar processamento matemático, enquanto os demais processadores são otimizados para manipulação e gerenciamento de dados. Esta característica o faz apto a trabalhar com
84 aplicações que não toleram atrasos de transporte significativos entre a aquisição de um dado, efetuação dos cálculos e disponibilização dos resultados, quer seja de forma digital ou analógica. [11, 22, 23].
Baseados na topologia Harvard modificada, os DSP’s tem barramentos internos independente para programa, dados e entrada/saída permitindo que haja acesso simultâneo de dados, instruções e acesso a periféricos, possibilitando realizar múltiplas ações em um mesmo ciclo de clock, tais como realizar uma multiplicação de um determinado fator e somar com um outro valor pré-estipulado, gerar um novo endereço de base e acessar um determinado periférico. Este paralelismo de processamento, em conjunto com um mecanismo bastante flexível de gerenciamento de interrupções e chamada de funções/rotinas, faz com que o DSP tenha um desempenho significativo no processamento dos dados amostrados. [36]
Dependendo de como os dados são manipulados e armazenados internamente aos DSPs, devido a arquitetura interna, os DSPs podem ser classificados pelo formato dos dados como ponto fixo ou flutuante. Os processadores de ponto fixo são caracterizados por uma palavra de tamanho fixo (16 bits, 32 bits ...) e pelo radix, que define como a palavra binária é escalonada; equivale a dizer em decimal que o radix indica em que posição da palavra se encontra o ponto decimal. Já nos processadores com ponto flutuante os números são caracterizados pela mantissa (ou fração) e o expoente. [35]
A diferença chave entre os processadores de ponto fixo e os processadores de ponto flutuante está ligada ao desempenho de ambos à relação sinal-ruído inerente de cada tipo de quantização. Por ter menor ruído de quantização, sistemas de ponto flutuante são mais fáceis de serem projetados devido à baixa possibilidade de underflow e overflow além de um menor erro de quantização quando comparado com os processadores com ponto fixo.
Mesmo sendo um processador do tipo ponto fixo ou flutuante, ele pode trabalhar com dados no outro formato. Para processadores com ponto flutuante esta realidade não trás maiores implicações. Já os processadores baseados em ponto fixo apresentam uma degradação do desempenho de processamento para possibilitar o trabalho com números no formato de ponto flutuante.
A escolha do formato numérico a ser utilizado depende basicamente das restrições baseadas na relação sinal-ruído e no custo. Uma vez definido o formato numérico, pode-se escolher a melhor família ou plataforma de DSP que se enquadra na aplicação desejada.
85 Quando um projetista opta pelo uso do DSP, é necessário que o software aplicativo para o controle e processamento do sinal seja desenvolvido pelo projetista, uma vez que a memória do DSP vem “vazia” de fábrica. Segundo Braga [11], para os DSP’s da Texas (das famílias C2XX e C5XXX) o assembly é a linguagem mais utilizada, pois é a mais eficiente com relação ao tamanho do código gerado, embora a eficiência dos C compilers nestas famílias é em torno de 80% a 90%.
Além da Texas Instruments, existem outros fabricantes de DSPs disponíveis no mercado, tais como Motorola, Analog Devices e Haris.