Detail předmětu

Signálové procesory

FEKT-MPC-SPRAk. rok: 2020/2021

1. Architektury signálových procesorů, von Neumannova a harvardská architektura, paralelní architektura a architektura s velmi dlouhým instrukčním slovem VLIW.
2. Základy tvorby programového vybavení, vývojová prostředí, intrinsic funkce, implementačně závislé příkazy pragma.
3. Operační systémy reálného času, časovače, vlákna, synchronizace pomocí semaforů.
4. Adresovací jednotka, zvláštní režimy adresování modulo a bitově reverzní.
5. Princip přerušení, maskování přerušení, obsluha přerušení, softwarové přerušení.
6. Komunikace s vnějšími převodníky, sériová sběrnice, řadič DMA, realizace vyrovnávací paměti.
7. Formáty zobrazení čísel v pevné a pohyblivé řádové čárce, formáty záporných čísel, zlomková čísla a operace s nimi.
8. Analýza číslicových systémů, přenosová funkce, impulsní a kmitočtová charakteristika, stabilita, grafy signálových toků.
9. Struktury implementace základních číslicových systémů s konečnou a nekonečnou impulsní charakteristikou, kanonické struktury.
10. Vliv kvantování na vlastnosti struktur, mezní cykly, úprava implementace pro aritmetiku s pevnou řádovou čárkou.
11. Generace harmonického signálu a harmonická analýza, Goertzelův algoritmus, implementace algoritmu rychlé Fourierovy transformace.
12. Řadič programu, časový popis činnosti, zřetězené zpracování instrukcí, optimalizace s ohledem na zřetězené zpracování instrukcí.
13. Vícejádrové procesory, kombinace jádra s architekturou ARM a DSP, komunikace mezi jádry, sdílení paměti.

Výsledky učení 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 pro implementaci,
- 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.

Prerekvizity

Jsou požadovány základní znalosti z oblasti číslicového zpracování signálů a mikroprocesorové techniky. Student by měl být schopen: - popsat funkce základních bloků mikroprocesorového systému (procesor, paměť, vstupně/výstupní obvody, atd.), - vysvětlit základní příkazy jazyka ANSI C, - aplikovat základní příkazy jazyka ANSI C a implementovat jednoduchý program, - vypočítat vyjádření čísel v různých číselných soustavách (binární, hexadecimální, - vysvětlit průběh vzorkování spojitého signálu, - vysvětlit význam stability systému, - aplikovat Fourierovu transformaci.

Doporučená nebo povinná literatura

SMÉKAL, Z., SYSEL, P. Signálové procesory. 1. vydání. Praha: Sdělovací technika, 2006. 283 s. ISBN 80-86645-08-8 (CS)
MITRA, S.K., KAISER, J.F.: Handbook for Digital Signal Processing. John Wiley & Sons, New York 1993. ISBN 0-471-61995 (CS)
SHENOI, K.:Digital Signal Processing in Telecommunications,Prentice-Hall, New Jersey, 1995, ISBN 0-13-096751-3 (CS)
HEATH, S.:Multimedia & Communications Technology,Focal Press, Oxford, 1996, ISBN 0-240-51460-2 (CS)
SYSEL, P. Signálové procesory. Brno: Vysokké učení technické v Brně, 2015. s. 1-196. ISBN: 978-80-214- 5187.
SYSEL, P. Signálové procesory - laboratorní cvičení. 2014. s. 1-82. ISBN: 978-80-214-5204- 6.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Přednášky mají charakter výkladu základních principů, metodologie dané disciplíny, problémů a jejich řešení.
Cvičení na počítači probíhá ve vývojovém prostředí Code Composer Studio. K dispozici jsou vývojové kity TMDSDSK6416 Texas Instruments, funkční generátory a osciloskopy Agilent.

Způsob a kritéria hodnocení

Řešení zadaného projektu 20 bodů
Test ve cvičeních 10 bodů
Úlohy ve cvičeních 10 bodů
Písemná zkouška 60 bodů

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Architektury signálových procesorů, von Neumannova a harvardská architektura, paralelní architektura a architektura s velmi dlouhým instrukčním slovem VLIW.
2. Základy tvorby programového vybavení, vývojová prostředí, intrinsic funkce, implementačně závislé příkazy pragma.
3. Operační systémy reálného času, časovače, vlákna, synchronizace pomocí semaforů.
4. Adresovací jednotka, zvláštní režimy adresování modulo a bitově reverzní.
5. Princip přerušení, maskování přerušení, obsluha přerušení, softwarové přerušení.
6. Komunikace s vnějšími převodníky, sériová sběrnice, řadič DMA, realizace vyrovnávací paměti.
7. Formáty zobrazení čísel v pevné a pohyblivé řádové čárce, formáty záporných čísel, zlomková čísla a operace s nimi.
8. Analýza číslicových systémů, přenosová funkce, impulsní a kmitočtová charakteristika, stabilita, grafy signálových toků.
9. Struktury implementace základních číslicových systémů s konečnou a nekonečnou impulsní charakteristikou, kanonické struktury.
10. Vliv kvantování na vlastnosti struktur, mezní cykly, úprava implementace pro aritmetiku s pevnou řádovou čárkou.
11. Generace harmonického signálu a harmonická analýza, Goertzelův algoritmus, implementace algoritmu rychlé Fourierovy transformace.
12. Řadič programu, časový popis činnosti, zřetězené zpracování instrukcí, optimalizace s ohledem na zřetězené zpracování instrukcí.
13. Vícejádrové procesory, kombinace jádra s architekturou ARM a DSP, komunikace mezi jádry, sdílení paměti.

Cíl

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

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Účast na přednáškách je nepovinná
Účast na počítačových cvičení je povinná
Odevzdání samostatného projektu je povinné
Závěrečná písemná zkouška je povinná

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-AUD magisterský navazující

    specializace AUDM-TECH , 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný
    specializace AUDM-ZVUK , 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinně volitelný

  • Program MPC-SVE magisterský navazující, 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinně volitelný
  • Program MPC-EKT magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinně volitelný

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-BEI , 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, volitelný mimooborový

  • Program MPC-TIT magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

eLearning