MSPR: Signálové procesory

Obrázek vystihující předmět
Garant: Ing. Petr Sysel, Ph.D.
Zkratka: MSPR
Rozsah: 26P – 39C
Zařazení: magisterské studium
Kredity: 6
Povinnost: volitelný oborový předmět
Typ studia: prezenční

Stručný popis

Cílem předmětu je seznámit studenty s architekturou a základními vlastnostmi signálových procesorů s pevnou a pohyblivou čárkou, popsat způsob programování v asembleru a uvést souvislost s vyššími programovacími jazyky. Je uvedena implementace algoritmů lineární a adaptivní číslicové filtrace a spektrální analýzy s FFT.

Popis předmětu

Absolvent bude schopen:

  • vysvětlit význam jednotlivých parametrů mikroprocesorů a signálových procesorů a zvolit procesor vhodný pro danou aplikaci,
  • vysvětlit průběh překladu oddělených zdrojových souborů jazyka C včetně linkování s dalšími knihovnami,
  • připravit kvantované koeficienty číslicového systému,
  • zkontrolovat stabilitu číslicového systému i po kvantování koeficientů,
  • navrhnout vhodnou strukturu algoritmu pro implementaci v pevné řádové čárce,
  • analyzovat vliv kvantování v dané struktuře a posoudit vhodnou strukturu z hlediska kvantování,
  • posoudit výhodnost algoritmu rychlé Fourierovy transformace a Goertzelova algoritmu,
  • využít přímý přístup do paměti DMA pro přenos vzorků v reálném čase.

Obsah předmětu (anotace):

Definice signálového procesoru, jeho odlišnosti od ostatních mikroprocesorů. Generace signálových procesorů a jejich výrazné znaky, trendy vývoje. Základní architektury signálových procesorů - harvardská architektura, architektura typu VLIW. Formáty čísel s pevnou a pohyblivou řádovou čárkou, standard IEEE-754. Signálové procesory s pevnou řádovou čárkou firmy Texas Instruments řady TMS320C6400. Jádro procesoru, rozdělení funkčních jednotek, adresovací režimy. Instrukční soubor a způsob jeho použití. Návaznost na vyšší programovací jazyky, intrinsic funkce, implementačně závislé příkazy pragma. Implementace číslicových filtrů FIR a IIR v signálovém procesoru, nekanonické a kanonické struktury, analýza vlivu kvantování pomocí Masonova pravidla, úprava přenosové funkce pro implementaci v pevné řádové čárce. Implementace adaptivních filtrů s algoritmem typu LMS. Generace harmonického signálu a harmonická analýza, Goertzelův algoritmus, struktura algoritmu FFT. Souhrn periferií, mapování paměti, komunikace s vnějšími obvody, přímý přístup do paměti DMA. Algoritmy zpracování v reálném čase, použití kruhové vyrovnávací paměti a double buffering.

Sylabus

  1. Dělení signálových procesorů do generací, společné vlastnosti signálových procesorů, von Neumannova a harvardská architektura, paralelní architektura a architektura VLIW.
  2. Formáty zobrazení čísel, formáty záporných čísel, vlastnosti signálových procesorů s pevnou řádovou čárkou.
  3. Architektura signálových procesorů firmy Texas Instruments řady TMS320C6400, jádro procesoru, funkční jednotky, registry, specifické instrukce.
  4. Adresovací jednotka, modulo adresování, bitově reverzní adresování.
  5. Instrukční soubor, zápis programu v asembleru.
  6. Návaznost na vyšší programovací jazyky, vývojová prostředí, intrinsic funkce, pragma příkazy.
  7. Řadič programu, časový popis činnosti, zřetězené zpracování instrukcí.
  8. Vliv kvantování na vlastnosti číslicových filtrů, mezní cykly, úprava číslicových filtrů pro signálové procesory.
  9. Implementace číslicových filtrů typu FIR a IIR v signálových procesorech.
  10. Generace harmonického signálu a harmonická analýza, Goertzelův algoritmus, implementace algoritmu rychlé Fourierovy transformace.
  11. Periferie na čipu, řadič DMA, obsluha přerušení.
  12. Sběrnice, připojení vnějších prvků.
  13. Signálové procesory s pohyblivou řádovou čárkou.