DSP for FPGA
DSP for FPGA

Что входит в курс:

  • Основы архитектуры и применения ПЛИС для цифровой обработки сигналов;
  • Вычисления в арифметике с фиксированной точкой;
  • Техники ориентированных графов;
  • Генерация HDL-кода для ПЛИС;
  • Реализация алгоритма Быстрого Преобразования Фурье (БПФ);
  • Разработка и реализация КИХ, БИХ и CIC-фильтров;
  • Алгоритм CORDIC;
  • Разработка и реализация адаптивных алгоритмов, таких как LMS и QR;
  • Техники синхронизации и тактового восстановления в цифровой связи.

Предварительная подготовка:

Курсы MATLAB для профессионалов, Проектирование систем цифровой обработки сигналов (SLBE-G), Генерация HDL описания для ПЛИС (SLHL).

Продолжительность курса – 3 дня.

DSP for FPGA DSP for FPGA

Программа

День 1

Введение в ЦОС на аппаратных платформах (1.0 ч.)

Обзор алгоритмов ЦОС для линейных систем (0.5 ч.).

Технология ПЛИС (1.0 ч.).

Элементы ПЛИС для алгоритмов ЦОС (1.5 ч.).

Основы арифметики ЦОС (1.0 ч.).

Техники ориентированных графов (2.0 ч.).

День 2

Обработка в частотной области (1.0 ч.) 

Многоскоростная обработка сигналов на ПЛИС (4.0 ч.).

Техники CORDIC (2.0 ч.).

День 3

Адаптивные алгоритмы ЦОС и их применение (2.0 ч.).

ЦОС в системах связи на ПЛИС (3.0 ч.).

Проблемы тайминга и синхронизации (2.0 ч.).

День 1

Введение в ЦОС на аппаратных платформах (1.0 ч.) 

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.

Обзор алгоритмов ЦОС для линейных систем (0.5 ч.).

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).

 Технология ПЛИС (1.0 ч.).

 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.

 Элементы ПЛИС для алгоритмов ЦОС (1.5 ч.).

 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.

 Основы арифметики ЦОС (1.0 ч.).

 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.

Техники ориентированных графов (2.0 ч.).

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.

День 2

Обработка в частотной области (1.0 ч.) 

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.

Многоскоростная обработка сигналов на ПЛИС (4.0 ч.).

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.

Техники CORDIC (2.0 ч.).

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.

День 3

Адаптивные алгоритмы ЦОС и их применение (2.0 ч.).

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.

ЦОС в системах связи на ПЛИС (3.0 ч.).

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.

Проблемы тайминга и синхронизации (2.0 ч.).

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).

${message}

${message}