BC/NW 2006, №1 (8): 3.2

Выбор аппаратных средств при построении вычислителей

цифровой обработки сигналов.

О. С. Комлев, В. А. Логинов

(Москва, Московский энергетический институт (технический университет), Россия)

К большинству систем цифровой обработки сигналов предъявляются жесткие требования по производительности. В качестве аппаратных средств для построения вычислителей ЦОС применяются сигнальные процессоры (Digital Signal Processors, DSP), а также программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), заказные СБИС и базовые матричные кристаллы (БМК). В настоящее время широко распространены вычислители на базе сигнальных процессоров и ПЛИС. Современные DSP и ПЛИС обеспечивают производительность, сравнимую с производительностью вычислителей на заказных СБИС и БМК, в то время как процесс разработки вычислителей на их базе значительно проще.

Ясно, что концепции и приемы проектирования вычислительных систем с применением сигнальных процессоров и специализированных вычислителей различны. Выбор той или иной элементной базы диктуется коммерческой доступностью (в случае разработок военного или космического назначения – списками разрешенных к применению компонентов), а также конкретными особенностями разрабатываемой системы и реализуемого алгоритма. Поэтому на начальных этапах проектирования важен анализ свойств доступной разработчику элементной базы и соответствия элементной базы целевому назначению.

Так, к достоинствам сигнальных процессоров относится простота перевода алгоритма в машинное представление и возможность эффективной программной отладки. Сигнальные процессоры хорошо подходят для выполнения алгоритмов, сочетающих обработку данных и ветвления программы, свойственные задачам управления, а большинство алгоритмов ЦОС сочетают в себе вычисления и принятие решения. К недостаткам DSP следует отнести то, что система команд и исполнительные устройства сигнальных процессоров приспособлены для решения широкого круга задач и не всегда соответствуют специфике конкретного алгоритма, а также сложность предсказания времени выполнения некоторых программ.

Широкое распространение получили вычислители на основе ПЛИС (в частности, FPGA-устройства фирм Xilinx, Altera и ряда других). Достоинством вычислителей на базе ПЛИС является возможность построить вычислитель произвольной архитектуры, наилучшим образом адаптированный для выполнения реализуемого алгоритма.

Недостатком вычислителей на основе ПЛИС является достаточно сложный процесс разработки и особенно отладки изделия. Так, вызывает трудности программное моделирование обработки больших объемов данных.

Таким образом, цифровые сигнальные процессоры являются достаточно универсальным средством реализации алгоритмов ЦОС, позволяют достаточно эффективно реализовать алгоритмы, содержащие как обработку данных, так и принятие решений. В случае очень высоких требований к производительности вычислителя использование ПЛИС позволяет создавать эффективные аппаратные реализации алгоритмов ЦОС.

ЛИТЕРАТУРА

1. Логинов В. А. Алгоритмы и процессоры цифровой обработки сигналов. Учебное пособие по курсу “Проектирование процессоров на СБИС”. – М.: Изд-во МЭИ, 2000.с. 37-58.

2. Digital Signal Processing Handbook. Vijay K. Modisetti, Douglas B. Williams. Chapman&Hall, 1999. с. 1614-1687.

3. Сигнальный микроконтроллер Мультикор-12. Руководство пользователя версия 1.0. ГУП НПЦ Элвис, 2003 г. с. 6-18.

4. Комлев О. С. Реализация типовых алгоритмов обработки изображений в среде разработки программ платформы “Мультикор”. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика //Одиннадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов: тезисы докладов. Том 1. М.: МЭИ, 2005. с. 360-361.