Анализ выбора цифрового сигнального процессора и структурной схемы устройства обработки информации. Расчет надежности устройства и производительности обмена данных, разработка ленточного графика. Обзор особенностей радиального и межмодульного интерфейса.
Краткое сожержание материала:

Размещено на http:///

Содержание

Введение

1. Технико-экономическое обоснование

• 2. Выбор ЦСП и структурной схемы устройства
• 2.1 Выбор структурной схемы устройства
• 2.2 Выбор Цифрового Сигнального Процессора и структурной схемы устройства обработки информации
• 3. Разработка функциональной схемы устройства
• 3.1 Выбор радиального интерфейса
• 3.3 Выбор межмодульного интерфейса
• 3.4 Выбор ОЗУ
• 3.5Выбор ПЗУ
• 3.6 Функциональная схема модуля обработки информации
• 4. Расчет производительности обмена данных
• 5. Описание принципиальной электрической схемы
• 6. Расчет надежности устройства
• 7. Разработка алгоритма программы обработки информации
• 7.1 Алгоритм инициализации МОСа
• 7.2 Алгоритм обработки внешнего аппаратного прерывания контроллера ввода ПДП
• 7.3 Алгоритм обработки программного прерывания контроллера ввода ПДП
• 7.4 Алгоритм обработки программного прерывания сторожевым таймером WDT
• 7.5 Алгоритм вычислительной задачи
• 7.6 Вычислительная подпрограмма
• 8. Экспериментальная часть
• 9. Экономическая часть
• 9.1 Разработка ленточного графика
• 9.2 Составление сметы затрат на разработку и расчет цены НИР
• 9.3 Выводы по эффективности проекта
• 10. Безопасность и экологичность проекта
• 10.1 Опасные и вредные факторы в условиях ВЦ
• 10.2 Анализ условий труда оператора вычислительной техники с оценкой тяжести и напряженности труда
• 10.3 Рабочее время и время отдыха
• 10.4 Эргономичность рабочего места
• 10.5 Рекомендации по организации рабочего места оператора и размещению средств труда
• 10.6 Расчет освещенности помещения
• 10.7 Экологичность проекта
• Заключение
• Список используемых источников

Введение

В настоящее время широкое распространение находят Цифровые Сигнальные Процессоры (Digital Signal Processor). Это связано с тем, что в современном мире существует тенденция развития систем, которые обеспечивают высокоэффективную обработку цифровых и аналоговых сигналов. Необходимость появления специализированных процессоров для обработки сигналов (часто в реальном масштабе времени) была вызвана, с одной стороны недостаточной эффективностью традиционных микропроцессоров, а с другой стороны, их определённой избыточностью при решении достаточно узкого круга задач.[1]

Типичные области применения ЦСП - многоканальная цифровая телефония, базовые станции, устройства обработки изображений, а также задачи, требующие сочетания сверхвысокой производительности с высокой точностью вычислений - медицинские системы, радиолокация, управление приводами электродвигателями, трехмерная графика, научные расчеты.

Построение цифровых систем управления сложными техническими объектами и технологическими процессами требуют обработки в реальном масштабе времени больших потоков данных. В значительной степени возрастают требования к вычислительной производительности, скорости переключения задач, управлению потоками данных, пропускной способности интерфейса. Решение этих проблем может идти несколькими путями. Один из основных подходов базируется на использовании мощных рабочих станций, проблемно ориентированных на решение задач управления в реальном времени. Однако высокая стоимость подобных станций (десятки тысяч долларов) не всегда адекватна достигаемому эффекту. Поэтому во многих случаях более предпочтительно применение для этих целей «привычных» персональных компьютеров (ПК) или ПК промышленного исполнения, укомплектованных съемными платами различного назначения и прежде всего процессорными модулями цифровой обработки сигналов.

Ускорители на базе сигнальных процессоров на порядок и более повышают вычислительную мощность компьютера, а в сочетании с модулями аналогового ввода - вывода фактически превращают ПК в рабочую станцию цифровой обработки сигналов (ЦОС) для решения задач сбора, обработки данных и управления в реальном времени.

Более того, компьютер, укомплектованный съемными модулями, становится гибким инструментальным средством для моделирования, разработки и отладки систем ЦОС.[3]

Находят также применения встроенные системы цифровой обработки сигнальной информации, в аэрокосмическом комплексе, навигации, радиолокации и системах управления.

Устройства процессорной обработки сигналов являются основой различных цифровых радиотелефонов, телевизоров с высоким разрешением, MP3 - плееров, приставок для просмотра видеозаписей в режиме временной задержки, различных телевизионных приставок, цифровых видео и фото камер, систем передачи данных и речи, устройств с выходом в Internet, и многих других систем.[2].

Задачей дипломного проекта является разработка устройства обработки информации на базе ЦСП.

1. Технико-экономическое обоснование

В настоящее время область применения систем цифровой обработки охватывает гамму сложнейших многофункциональных устройств, требующих предельного быстродействия (радары, системы обработки трехмерных изображений, мощные цифровые коммутаторы). В основе таких устройств заложены программируемые процессоры сигналов (ППС), которые представляют собой специализированные ЭВМ, архитектурно оптимизированные для быстрого производства характерных задач обработки сигналов однородных вычислений над большим объемом данных, поступающих от внешних источников в реальном масштабе времени. ППС, дополненные управляющей ЭВМ, превращаются в двух - или многомашинные вычислительные комплексы (МВК).

Рассмотрим существующие комплексы, БАГЕТ - 25 и БАГЕТ-56.

БАГЕТ - 25 специализированная комбинированная многопроцессорная ЭВМ (многомашинный комплекс) для цифровой обработки радиолокационных сигналов, оптических и акустических сигналов, а также для решения задач управления в реальном масштабе времени. В состав этого комплекса могут входить от 5 до 73 сигнальных процессоров (Motorola 96002) и обеспечивать пиковую производительность в зависимости от конфигурации до 5400 MFLOPS.

БАГЕТ - 56 предназначен точно для таких же целей, как и БАГЕТ - 25, но есть возможность базирования на летательных аппаратах, вездеходных и гусеничных шасси, в состав этого комплекса могут входить от 5 до 33 сигнальных процессоров (Motorola 96002) и обеспечивать производительность в зависимости от конфигурации до 1680 MFLOPS.

Рассмотренные комплексы состоят из центрального процессора, нескольких модулей обработки сигналов, модуля графического процессора и модулей ввода вывода.[4]

Разработка специализированного многомашинного вычислительного комплекса (МВК) является задачей актуальной на сегодняшний день. Во-первых, ныне существующие комплексы обладают недостаточной производительностью, необходимой для решения задач в реальном масштабе времени. Во-вторых, из-за высокой мощности энергопотребления микропроцессоров модули цифровой обработки сигналов, приходится принудительно охлаждать или производить модули заведомо больших размеров, что негативно отражается на всех характеристиках комплекса в целом.

Как отмечалось выше, МВК состоит из центрального процессора, нескольких модулей обработки сигналов, модуля графического процессора и модулей ввода вывода.

Целью дипломного проекта является разработка высокопроизводительного устройства (модуля) обработки информации на базе ЦСП.

В настоящее время рынок ЦСП достаточно широк и представлен крупными компаниями, такими как Analog Device, Motorola, Texas Instrument.

Компания Motorola предлагает ЦСП Motorola (96002) производительностью 60 MFLOPS по цене 99$, Analog Device предлагает процессор (21060LCW - 160) производительностью 120 MFLOPS по цене 850$ и Texas Instrument предлагает процессоры (TMS320C6701) производительностью 240 MFLOPS по цене 133$.[5]

Отсюда можно сделать вывод, произведя не сложные расчеты:

Для Фирмы Motorola стоимость 1 MFLOPS равняется 1,65$, для Analog Device 7$ и для Texas Instrument стоимость 1 MFLOPS будет равняться порядка 1$.

Следовательно, экономически более привлекательными являются процессоры Texas Instrument. Кроме того, эти процессоры имеют более низкую мощность энергопотребления, чем приведенные выше аналоги. В связи с этим можно предложить реализацию МОС (модуля обработки сигналов) на базе ЦСП Texas Instrument.

2. Выбор ЦСП и структурной схемы устройства

2.1 Выбор структурной схемы устройства

Устройство предназначено для обработки сигнала, поступающего с АЦП приемного устройства и преобразования информации в видеоинформацию с возможностью выдачи на жидкокристаллический дисплей в формате VGA.

Требования, предъявляемые к входной информации. Входной сигнал представляет собой массив из 256 отсчетов, каждый отсчет представлен 512 значениями 32 разрядных слов. Период поступления массивов отсчетов на устройство составляет 10 мсек.

Выходная информация, представляет собой данные видеоизображения в формате. 640 на 480 элементов разложения 256 цветов данные выдаются в виде каналов цветности RGB и сигнала вертикальной и горизонтальной синхронизации.

Функции, по обработке сигнала должны быть реализованы программно аппаратным способом на ос...