Калмыков В.В. Радиотехнические системы передачи информации (1990) (1151851), страница 43
Текст из файла (страница 43)
В большинстве случаев при этом оказывается необхо-:~'-'Р димым обеспечить такую обработку в реальном масштабе време- ''-;-; ни. В этих условиях проявляется основной недостаток МПС по'::,:~ сравнению с устройствами, выполненными на основе цифровых„":.:";- элементов с «жесткой» логикой, не использующих принципы проз'::,.:~ граммного управления; относительно низкое быстродействие.
Дейк '':;;:;; ствительно, организация работы МПС в реальном масштабе вре-'"::,'„~ мени предусматривает режим прерываний, т. е. постоянные пере--::„:,, рывы в исполнении текущей программы для срочного обслуживания ВУ. Необходимость такого обслуживания возникает при формировании в аналого-цифровом преобразователе (рис. 13.6) кодо-,', вой комбинации, соответствую1цей очередному выборочному зна-,'(й чению непрерывного процесса на выходе РПУ. По специальной;::::,-: команде «Запрос прерывания», поступающей от АЦП на соответствующий вход МП, после выполнения текущей команды МПС прекращает работу по основной программе н переходит к подпрограмме «Обработка прерывания», предусматривающей ввод в па-,':..'",- мять МПС очередного выборочного значения входного процесса, после чего МПС возвращается к основной программе. Время, затрачиваемое на эти операции, существенно снижает реальное быстродействие МПС, илн, иначе говоря, умсньшает допустимую полосу частот обрабатываемых сигналов.
Быстродействие можно существенно повысить, используя более '.,:с сложный режим работы МПС вЂ” прямой доступ к памяти. В этом .'. случае в специальном внешнем устройстве памяти (буферном ре-;-,!::. гнстре) предварительно накапливаются представленные в цифро-:,.'.„' вом виде выборочные значения обрабатываемого сигнала, после:,".;-,;.-, чего по сигналу требования прямого доступа весь массив данньж заносится непосредственно в память (ОЗУ) МПС. Однако такой метод общения МПС с ВУ требует дополнительных аппаратных средств (буферный регистр памяти, регистр адреса для указания номеров ячеек ОЗУ, участвующих в информационном обмене, и т, д.), т.
е. устройств с «жесткой» логикой, не входящих непосредственно в МПС. Дальнейший путь повышения быстродействия устройств обработки сигналов с применением МПС связан со снижением степени их универсальности и переходом к специализированным процес- ',:::.".-"'." сорам (СП).
Преимущества СП перед универсальными МПС, проявляющиеся в повышении быстродействия на два-три порядка„ обусловлсны структурой вычислительного устройства и использо- ''.;!';-.; ваннем разрядности представления чисел в соответствии с особенностями достаточно узкого класса решаемых задач (спектральный анализ, корреляционная обработка, цифровая фильтрация и т. п.).
В СП широко используется метод аппаратной реализации тех г!лн "::!-::",.',»1, иных функциональных преобразований, требуемых при решении данной задачи, что также обеспечивает повышение быстродействия. Однако потеря универсалыюсти одновременно приводит к не- .,'!""'. обходимости разрабатывать большое число разнообразных СП, что ,".'-!':.'.~' требует больших материальных затрат. 28В ,, Д'. Отмеченные особенности взаимодействия МПС с устройствами РСПИ существенно меняют сам подход к задаче проектирования систем передачи инфоратрции по сравнению со случаем традиционного построения систем без использования средств программируемой логики.
Кроме хорошо знакомой радноинженеру задачи разработки аппаратных средств„в данном случае возникает необходимость создания программного обеспечения МПС, причем можно достичь разумного компромисса в использовании аппаратных н программных средств. 13.52. РЕАЛИЗАНИЯ 11ИФРОВОИ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Типичной задачей цифровои обработки сигналов является цифровая линейная фильтрация, т. е.
преобразование последовательности выборочных значений х, непрерывного входного сигнала в последовательность чисел у, в соответствии с правилом м — ! м у,= 2; а,х,,— 2, 'Ь,у,;, 1=а ь=! (13.21) где числа хь у; и весовые коэффициенты а„бе представлены в цифровой форме. В рекурсивных фильтрах хотя бы одна из величин 6, отлична от нуля, так что правило (13.2!) предусматривает задержку как входной хь так н выходной у; последовательностей, а также большое число умножений и суммирований. Заданные характеристики можно реализовать и в нерекурснвном фильтре, когда отличны от нуля лишь коэффициенты аь При программной реализации цифрового фильтра (рис. 13.7) выборочные значения х, входного процесса х(1), представленные в цифровой форме, через УВВ и шину данных ШД поступают в режиме прерывании в ОЗУ МПС.
Здесь же накапливаются и М результатов предыдущих вычислений у;. По командам, вырабатывае- Рнс. 13.7. Структурная схема цнфроаого фильтра 1 ! ! элг ! ! ! ! ! ! мым на основе хранящейся в ППЗУ программы, включающей также и значения всех коэффициентов аь Ьь с помощью МП вычисля- ":; ются очередные значения у Если необходимо восстановить ре- "" зультат фильтрации в непрерывной форме у(!), получаемые значе- ',;::-;;: ния у„обрабатываются цифроаналоговым преобразователем ЦАП.
Трудности реализации цифрового фильтра программными мета- -':,:;!~( дами в реальном масштабе времени связаны 'прежде всего с низкой скоростью выполнения операции умножения в современных.,::,:.".',, МП. В этом смысле гораздо проще построить рекурсивный фильтр,,;::,; требующий меньшего объема памяти МПС и меньшего числа умножений за один период дискретизац~ии непрерывного входиогв процесса. В иерекурсивных фильтрах при прямой реализации операции свертки выборочных значений сигнала хч и импульсного отклика а, для получения одного значения в — ! У„- 2'.: а;х„т (13.22) !.—..о также требуется выполнить Ф операций умножения. Однако число ч Л~, определяемое длительностью требуемого импульсного отклика. существенно превышает число умножений в соответствующем рекурсивном фильтре, реализующем близкую Функцию передачи.
Следует отметить, что в ряде случаев приходится строить именно нерекурсивный фильтр, поскольку заданным оказывается импульсный отклик конечной протяженности, а не функция передачи в частотной области. В частности, именно так ставится задача прн построении цифрового согласованного фильтра. Существенное уменьшение числа умножений„а следовательно, повышение быстродействия при реализации процедуры (13.22) обеспечивается при использовании метода быстрой свертки, когда':,,",:; операция свертки двух числовых последовательностей выполняется ие непосредственно, а в частотной области.
При этом процедуры ',-:~': как прямого, так и обратного дискретного преобразования Фурье (ДПФ) реализуются методами быстрого преобразования Фурье (БПФ), требующего не более Л'!оде!У операций умножения вместо Л!т, как при непосредственной реализации БПФ. Используемые в настоящее время высокопроизводительные спе- .':,':,'!о', ' циализироваииые процессоры цифровой обработки сигналов условно можно разделить на три группы: однокристальные СП обработки аналоговых сигналов (аналоговые процессоры); однокристальные СП обработки цифровых последовательностей (например, аналоговых сигналов, представленных в цифрбвой форме); микропрограммируемые цифровые МП, ориентированные на-:,,' создание широкого класса специализированных вычислительных,' ' структур.
290 Рнс. !З.З, Структурная схема однонрнетального СП Отличительной особенностью СП первой группы является совмещение иа одном кристалле аналоговых систем ввода и вывода информации (АЦП и ЦАП), цифрового программируемого МП, ППЗУ и ОЗУ (рис. 13.8). По существу такой СП вЂ” это МПС, способная выполнять функции фильтрации, модуляции, детектирования и т. п.
Наиболее характерный представитель таких СП вЂ” микросхема К181ЗВЕ1, имеющая четыре входных и восемь выходных аналоговых каналов. Обработка данных ведется в цифровом коде па 25-разрядиом арифметико-логическом устройстве, разрядность АЦП и ЦАП составляет 9 бнт, включая знаковый разряд. По своим функциональным возможностям устройство подобного типа представляет собой однокристальную ЭВМ. Подобным же образом, ио без АЦП и ЦАП, строятся однокристальные СП, предназначенные для обработки цифровых последовательностей в сочетании с внешними преобразователями илн же для использования в качестве периферийных СП, подключаемых к стандартным интерФейсам универсальных МПС, например микро-ЭВМ.
Примером такого однокристального СП является микросхема К!816ВЕ51, включающая 8-разрядный МП, память программ емкостью 4096 байт с возможностью расширения до 64 Кбайт, 32 линии ввода-вывода, организованные в четыре 8-разрядных порта ввода-вывода параллельной информации. Наиболее характерными представителями БИС третьей группы являются микросхемы серии К!815. Этот МПК предназначен для построения систем сверхвысокой производительности с конвейерным принципом обработки данных и, в частности, включает в себя: БИС универсального процессорного элемента К!815ВФ1, выполняющую одну из двух операций: умножение двух 8-разрядных входных чисел с последующим суммированием двух результатов перемножения или умножение двух 16-разрядных чисел; сомножители поступают на раздельные входы в последовательно-параллельном коде; позволяет реализовывать алгоритмы свертки и дискретного преобразования Фурье; БИС микропрограммируемого процессора цифровой обработки сигналов К!815ВФЗ, предназначенного для реализации БПФ н различных цифровых фильтров (как рекурсивных, так и нерекурсивных).
13.5.2. РЕАЛИЗАЦИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ДЕМОДУЛЯТОРА ",;;;» В синхронном режиме работы РСПИ при приеме дискретных '.': сообщений оптимальный демодулятор должен осуществить вычисление л» величин вида »у,= 2'„х»зпи г=1,...,п», (13.23~ ","( 1 1 где и» вЂ” объем канального алфавита; зе»=з„(Л)-- выборочные значения ожидаемого сигнала з„(»!). В этом случае программные реа-:;:.':,'"~ Лнэацнн КаК СОГЛаСОВаПНОГО фИЛЬтРа, таК И КОРРЕЛятОРа ПО СУЩЕ-.::С!»1 ству совпадают и, как видно из (13.22), сводятся к вычислению '.;,', лишь одного значения на выходе соответствующего нерекурсивно-'',~':;"; го фильтра.
Необходимое число А» операций умножения определяется длительностью полезного сигнала Т, и интервалом Т, дискретизации процесса х(1), причем Т,=1/2Т„где Е,— ширина спектра принимаемого сигнала. Таким образом, А!=2 ТеТ„так что при обработке сложных сигналов А»>)1. При программной реализации (!3.23) в соответствии со схемой на рис. 13.7 ограничение быстродействия МПС связано, вообще говоря, не с числом Аг, а с затратами на одну операцию умножения и на обработку прерываний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
