电力行业软件：高速的DSC让控制系统游刃有余

电力18讯：    
　　DSC(Digital signal controller，数字信号控制器)是一种面向高端嵌入式系统的最先进的单片控制处理器。基于浮点架构的DSC具有更快的处理速度，所需的程序储存容量更少，支持更高级的有助于节省功耗的计算算法，同时进一步扩展了系统的性能。浮点编程比定点编程的速度更快，SoC(system-on-a-chip，片上系统)的集成方式能够有效控制板级空间、元件数量和整体系统开销。

　　随着嵌入式系统承担的任务越来越复杂，不论是降低功耗还是实现诸如汽车导航之类的新功能，它们都需要具有更高性能的控制处理器。降低能耗的迫切需求影响到了我们使用的各种设备，包括一些用户不常见的设备。例如，根据著名的能源与自动化技术供应商ABB集团的分析，工业电机消耗的电能已经达到了整个行业所用电力的三分之二。虽然可以采用变速控制技术进一步提高电机的运行效率，但是目前只有二十分之一的电机真正采用了支持这一功能的数控电子技术。尽管如此，变速电机相比同类的定速电机每年节省的电能相当于10座电厂的产量，而这10座电厂会排放约6800万吨二氧化碳气体。显然，高级电机控制技术在降低能耗和保护环境方面具有更大的优势。

引入高级控制技术降低能耗
　　可再生能源，例如太阳能电池和风力涡轮机，也是需要采用高级控制技术的“绿色”能源。与电机一样，这些能量收集装置也需要采用高级数控技术以提高效率。为了将电池板或涡轮机产生的原始电能实时转换成用于电池储存或设备运行所需的合适电能，我们必须采用一定的控制技术。由于太阳光和风力强度会不断变化，因此需要采用复杂的算法确保它们始终能够输出最大的能量;由于很多可再生能源系统都会同时接入电网，所以采用实时控制技术对于保护设备也是必需的。

　　DSC(Digital signal controller，数字信号控制器)是一种面向高端嵌入式系统的最先进的单片控制处理器。基于浮点架构的DSC具有更快的处理速度，所需的程序储存容量更少，支持更高级的有助于节省功耗的计算算法，同时进一步扩展了系统的性能。浮点编程比定点编程的速度更快，SoC(system-on-a-chip，片上系统)的集成方式能够有效控制板级空间、元件数量和整体系统开销。

　　随着嵌入式系统承担的任务越来越复杂，不论是降低功耗还是实现诸如汽车导航之类的新功能，它们都需要具有更高性能的控制处理器。降低能耗的迫切需求影响到了我们使用的各种设备，包括一些用户不常见的设备。例如，根据著名的能源与自动化技术供应商ABB集团的分析，工业电机消耗的电能已经达到了整个行业所用电力的三分之二。虽然可以采用变速控制技术进一步提高电机的运行效率，但是目前只有二十分之一的电机真正采用了支持这一功能的数控电子技术。尽管如此，变速电机相比同类的定速电机每年节省的电能相当于10座电厂的产量，而这10座电厂会排放约6800万吨二氧化碳气体。显然，高级电机控制技术在降低能耗和保护环境方面具有更大的优势。

引入高级控制技术降低能耗
　　可再生能源，例如太阳能电池和风力涡轮机，也是需要采用高级控制技术的“绿色”能源。与电机一样，这些能量收集装置也需要采用高级数控技术以提高效率。为了将电池板或涡轮机产生的原始电能实时转换成用于电池储存或设备运行所需的合适电能，我们必须采用一定的控制技术。由于太阳光和风力强度会不断变化，因此需要采用复杂的算法确保它们始终能够输出最大的能量;由于很多可再生能源系统都会同时接入电网，所以采用实时控制技术对于保护设备也是必需的。

　　对于32位的定点架构，其表示整数的范围为-231～231，带一个符号位。尽管这个范围很大，但是当系统执行大量定标运算时，这一数值范围会很快用光，造成数值超过32位，从而发生寄存器溢出。程序通过对这种数值进行舍入或截取，能够处理这种称为饱和的问题，但是牺牲了计算的精度。另外，程序可以将较长的数划分成多个较短的能够逐段计算的数，每次处理32位。后面这种实现方法能够保持全精度，但是由于处理器忙于移动和存储数值段，计算性能降低了。同时，程序规模也会由于所需的额外指令而增大了。

　　在这种情况下，浮点架构就显示出了其性能价值。如图2所示，在F283x中，32位字长的前8位用于表示指数，其余23位用于表示尾数，1位用作符号位。尽管指数没有符号位，但是在操作上对保存的指数进行规格化偏移处理，使得指数最终能够覆盖负数和正数的范围。

　　这样，存储在32位浮点字中的数的规格化范围为±1.738～±3.438，大大超过32位定点数的范围。由于负指数表示分数，所以这一范围涵盖了极小的数到极大的数。这样大的范围很难再出现饱和的问题，因此，程序就避免了要么通过舍入或截取牺牲精度，要么通过使用附加周期和指令对大数值进行分段处理而牺牲性能和存储的两难问题。

　　这样，存储在32位浮点字中的数的规格化范围为±1.738～±3.438，大大超过32位定点数的范围。由于负指数表示分数，所以这一范围涵盖了极小的数到极大的数。这样大的范围很难再出现饱和的问题，因此，程序就避免了要么通过舍入或截取牺牲精度，要么通过使用附加周期和指令对大数值进行分段处理而牺牲性能和存储的两难问题。