Вы здесь

Компоненти обчислювальних систем узгоджено-паралельної обробки сигналів у реальному часі.

Автор: 
Цмоць Іван Григорович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2007
Артикул:
0507U000021
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РОЗДІЛ 2
МЕТОДИ ПОБУДОВИ ПРИСТРОЇВ ТА ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ СИСТЕМ ЦИФРОВОЇ ОБРОБКИ СИГНАЛІВ У РЕАЛЬНОМУ ЧАСІ
В розділі розглянуто підходи, вибрано принципи побудови та запропоновано базові структури обчислювальних систем, процесорів, пам'яті і операційних пристроїв обробки сигналів у реальному часі. Вдосконалено методи відображення алгоритмів у паралельні структури, визначено основні шляхи підвищення ефективності використання обладнання пристроїв і обчислювальних систем реального часу та отримано аналітичні формули для оцінки основних параметрів функціональних вузлів.
2.1. Підходи та принципи побудови пристроїв та обчислювальних систем обробки сигналів у реальному часі
Розробку пристроїв та ОС обробки сигналів у реальному часі з високою ефективністю використання обладнання будемо здійснювати на основі компонентно-ієрархічного підходу, який передбачає поділ процесу розробки на ієрархічні рівні та види забезпечення (алгоритмічне, апаратне та програмне) [90-101]. Для реалізації такого підходу використовується метод декомпозиції, який передбачає розбиття ОС на окремі компоненти, з яких в міру необхідності комплектують конкретну ОС. На кожному рівні ієрархії розв'язуються задачі відповідної складності, які характеризуються як одиницями інформації, так і алгоритмами обробки. За складністю розв'язувані задачі діляться на чотири ієрархічні рівні. Збільшенню номера рівня ієрархії відповідає збільшення деталізації алгоритмічних, апаратних і програмних засобів. При цьому на вищих рівнях ієрархії одиниці інформації, алгоритми, програмні та апаратні засоби представляють собою впорядковані сукупності одиниць інформації та композиції алгоритмів, програмних і апаратних засобів нижчих рівнів ієрархії (табл.2.1). Методологія послідовної декомпозиції, яка використовується при розробці ОС обробки сигналів і зображень, відображає процес розробки "зверху вниз" [102].
На першому ієрархічному рівні розробки алгоритми реалізації інформаційних технологій подаються у вигляді функціонального графа F=(Ф,Г), де Ф={Ф1,Ф2,...,Фn} - множина функціональних операторів, Г - закон відображення зв'язків між операторами [18, 19, 98].
Табл.2.1
Рівні та види розробок ОС
Ієрархічний
рівеньВиди забезпечення та виконувані розробкиАлгоритмічнеАпаратнеПрограмне1-йАлгоритми функціонування ОССтруктура апаратних засобів ОССтруктура програмних засобів ОС2-йАлгоритми функціонування процесорів та їх складовихСтруктури процесорів Модуль програми реалізації алгоритмів обробки3-йАлгоритми реалізації базових операцій (макрооперацій)Структури операційних пристроїв для реалізації базових операцій (макрооперацій)Підпрограми реалізацій базових операцій (макрооперацій)4-йАлгоритми реалізації арифметичних операційСтруктури арифметичних пристроївПідпрограми реалізацій арифметичних операцій Таке подання дозволяє сформувати список алгоритмів і визначити доцільність реалізації їх програмними або апаратними засобами. Крім того, розробляються структури апаратних та програмних засобів інформаційної технології.
Другий рівень ієрархії складають компоненти, що реалізують ортогональні тригонометричні та дискретні хвильові перетворення, цифрову та медіанну фільтрації, сортування даних і нейромережеві засоби для класифікації та розпізнавання зображень. Алгоритми реалізації перерахованих компонентів подаються у вигляді функціонального графу з використанням функціональних операторів на рівні базових операцій. На основі аналізу функціонального графу визначається перелік процедур для програмної і апаратної реалізації. Для виділених процедур розробляються паралельні алгоритми, НВІС-структури та програми [2].
Третій ієрархічний рівень складають елементи, які реалізують базові операції алгоритмів цифрової обробки сигналів і зображень: множення комплексних чисел, обчислення базових операцій швидких алгоритмів ортогональних тригонометричних перетворень, обчислення сум парних добутків, піднесення до степеня та макрооперації логічних обчислень. Для реалізації елементів третього рівня розробляються паралельні алгоритми, НВІС-структури та підпрограми [93].
До четвертого рівня ієрархії відносяться елементи, які реалізують операції множення, ділення, обчислення квадратного кореня, обчислення максимальних і мінімальних значень. В функціональному і структурному відношеннях елементи четвертого рівня ґрунтуються на операціях: передачі, інвертування, зсуву, порівняння, додавання та віднімання. На основі цього операційного базису розробляються паралельні алгоритми, НВІС-структури та підпрограми реалізації елементів третього рівня.
Для зменшення вартості, термінів і розширення галузей застосування розробку пристроїв та ОС обробки сигналів і зображень у реальному часі пропонується здійснювати за такими принципами [94, 95, 103]:
* змінного складу обладнання, що передбачає наявність ядра ОС та змінних модулів (алгоритмічних пристроїв), за допомогою яких ядро адаптується до вимог конкретного застосування;
* модульності, яка передбачає розробку компонентів у вигляді функціонально завершених пристроїв (модулів), що мають вихід на стандартний інтерфейс;
* узгодженості інтенсивності надходження даних з обчислювальною здатністю апаратних засобів;
* конвеєризації та просторового паралелізму обробки даних;
* відкритості програмного забезпечення, що передбачає можливості нарощування та його вдосконалення, максимального використання стандартних драйверів та програмних засобів;
* спеціалізації та адаптації апаратно-програмних засобів до структури алгоритмів обробки та інтенсивності надходження даних;
* програмованості архітектури шляхом використання репрограмованих логічних інтегральних мікросхем;
* використання паралельної пам'яті для зберігання інформації та обміну між компонентами системи.
Забезпечити підвищення ефективності використання обладнання при розробці ОС паралельної обробки сигналів і зображень у реальному часі можливо при інтегрованому підході, який охоплює:
* алг