Цифровая обработка сигналов на ПЛИС (SLDF)

День 1

• Введение в ЦОС на аппаратных платформах.
• Обзор алгоритмов ЦОС для линейных систем.
• Технология ПЛИС.
• Элементы ПЛИС для алгоритмов ЦОС.
• Основы арифметики ЦОС.
• Техники ориентированных графов.

День 2

• Обработка в частотной области.
• Многоскоростная обработка сигналов на ПЛИС.
• Техники CORDIC.

День 3

• Адаптивные алгоритмы ЦОС и их применение.
• ЦОС в системах связи на ПЛИС.
• Проблемы тайминга и синхронизации.

Цель: получить вводную информацию по ЦОС и ПЛИС. Понять основы архитектуры ПЛИС и почему ПЛИС активно применяются для реализации алгоритмов ЦОС.

• От дискретной логики до ПЛИС – немного истории!;
• Типичная система ЦОС;
• Обзор ядер и процессоров ЦОС;
• Интегральные схемы специального назначения (ASIC);
• Системы-на-кристалле (SOC);
• Гибкость и функциональность ПЛИС;
• ПЛИС и программируемые сигнальные процессоры.

Цель: Понять базовые принципы теории дискретизации, квантования, спектрального анализа и создания цифровых фильтров.

• Алиасинг и восстанавливающие фильтры;
• Частота дискретизации и длина слова;
• Z-преобразование и фундаментальный анализ;
• КИХ и БИХ фильтры;
• Цифровые фильтры: спецификация и проектирование;
• Техники передискретизации (сигма-дельта).

Цель: ознакомиться с различными семействами и архитектурами ПЛИС от Xilinx. Подробно рассмотреть ПЛИС Spartan 3 и Virtex-5.

• Путь развития технологии ПЛИС;
• Тактовая частота, частота данных и частота дискретизации;
• Память и регистры ПЛИС;
• Блоки ввода/вывода и требования;
• Биты, секции (slice) и конфигурируемые логические блоки (Configurable Logic Blocks);
• Рейтинги производительности в MIPs;
• Семейства и источники ПЛИС.

Цель: познакомиться с секциями для ЦОС (DSP slice), частотой алгоритма и потребляемой мощностью.

• Построение линий задержки и сдвиговых регистров;
• Использование RAM (памяти) на ПЛИС;
• Сериализаторы и десериализаторы;
• Мультиплексоры для выбора канала;
• Полные сумматоры, логика переноса, дерево сумматоров;
• Умножители: сдвиг и суммирование; на основе ROM;
• Эффективные реализации умножителей.

Цель: понять бинарную арифметику с фиксированной точкой. Реализовать арифметические операции на ПЛИС Xilinx.

• Арифметика с фиксированной точкой в дополнительном коде;
• Базовые массивы сумматоров и умножителей;
• Массивы делителей и операций квадратного корня… уже не так просто!;
• Проблемы длины слова в арифметике с фиксированной точкой;
• Насыщение и целочисленное переполнение.

Цель: познакомиться с представлением алгоритмов ЦОС в форме направленных графов. Использовать метод Cut Set для лучшей производительности по частоте. Реализовать параллельные и последовательные КИХ-фильтры.

• Направленные графы для ЦОС и цифровых фильтров;
• Задержка, элементы задержки и "анти-задержки"!;
• Ре-тайминг: Cut-set и нормирование задержки;
• Транспонированная КИХ;
• Конвейеризация и мультиканальные архитектуры;
• Топологии графов для ПЛИС.

Цель: обсудить теорию и реализацию на ПЛИС Быстрого Преобразования Фурье (БПФ).

• ДПФ, БПФ и ОБПФ;
• Архитектуры ПЛИС для БПФ;
• Увеличение размера слова, точность при реализации алгоритма БПФ.

Цель: разработать полифазную структуру для эффективной реализации многоскоростных фильтров. Использовать CIC-фильтр для интерполяции и децимации.

• Увеличение частоты дискретизации и интерполирующие фильтры;
• Снижение частоты дискретизации и децимирующие фильтры;
• Эффективная арифметика для КИХ-реализации;
• Интеграторы и дифференциаторы;
• Полуполосные фильтры, гребенчатые фильтры и фильтры движущегося среднего;
• CIC-фильтры (Cascade Integrator Comb, фильтры Хогенауэра);
• Эффективная арифметика для БИХ-фильтрации.

Цель: получить представление о применении алгоритма CORDIC для расчёта различных тригонометрических функций.

• CORDIC: режим поворота и режим вектора;
• Вычисление косинуса и синуса;
• Вычисление модуля и угла вектора;
• Архитектура для реализации на ПЛИС.

Цель: познакомится с LMS-алгоритмом в адаптивной обработке сигналов. Изучить QR-алгоритм на основе RLS-техники (Recursive Least Squares), и узнать, почему он так подходит для реализации на ПЛИС.

• Применение адаптивных алгоритмов (выравнивание, формирование луча);
• LMS-алгоритм и параллельная реализация;
• Неканонические LMS-алгоритмы;
• Линейная алгебра; решение системы линейных уравнений;
• QR-алгоритм для адаптивной обработки сигналов;
• Требования к QR-обработке и численные проблемы.

Цель: познакомиться с квадратурной модуляцией и формированием импульсов. Обсудить реализацию генераторов с цифровым управлением (NCO).

• Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK);
• Передающий/Приёмный фильтры – фильтр приподнятого косинуса (RRC);
• Субдискретизация и цифровое понижающее преобразование (DDC);
• Прямое цифровое повышающее преобразование (DUC);
• Стадии промежуточной частоты (и системы fs/4);
• Генераторы с цифровым управлением (NCO);
• Деление проекта на ПЛИС.

Цель: познакомиться с символьным восстановлением, фазовым восстановлением несущей, частотным восстановлением несущей и кадровой синхронизацией.

• Восстановление несущей, возведение в квадрат и петли Костаса, PLL;
• Вращение фазы; преобразования частоты дискретизации;
• Символьное восстановление, early/late gate detection;
• Синхронизация в системах подстройки по задержке (DLL).