VHDL лаборатория.
Проектирование ПЛИС. Изучение VHDL. Программирование на VHDL.




Главная/ Страница    Н А Ш И    Р А З Р А Б О Т К И


1. История создания лаборатории.

 Лаборатория создана как лаборатория спец-ЭВМ на кафедре вычислительной техники Киевского политехнического университета в 1976 г. во главе с доцентом Юрием Станиславовичем Каневским.
С начала создания и до сегодня было разработано, исследовано и внедрено под руководством доцента, а потом - профессора, Ю. С. Каневского несколько десятков экспериментальных и опытных образцов быстродействующих параллельных вычислительных систем (ВС) для цифровой обработки сигналов (DSP).

 Основатель лаборатории проф. Ю. С. Каневский управлял ею до дня своей смерти в 2001 г. Сейчас эта лаборатория названа именем Ю. С. Каневського.
В разные годы в лаборатории работали от 4 до 10 сотрудников.

 2. Научная деятельность.

 Деятельность научной школы Каневского постоянно связана с разработкой современных ВС для решения сложных вычислительных задач в реальном времени, изготовленных на современной элементной базе, и имеющих сравнительные характеристики, соизмеримые с характеристиками аналогичных образцов ВС мирового уровня.
Опыт в разработке этих ВС был обобщен в ряде разработанных методов проектирования таких ВС. Новизна этих методов была защищена в ряде кандидатских и докторских диссертаций, а таке ряде авторских свидетельств и патентов.
Каждый год в лаборатории несколько студентов проходили практику и выполняли реальные дипломные проекты и магистерские работы.

 

 3. Основные разработки.

 1979 г.

 Сейсмический вычислитель СВ-1.Внедрен в работу в НПО "Укргеофизика". Представлял собой 4-процессорную ВС - сопроцессор для ЭВМ ЕС-1060, в которой впервые в СССР была организована систолическая обработка данных с суммарной производительностью 8 млн. операций в секунду.
Реально работал по 24 часа в сутки и давал конкретный экономический эффект, за что его разработчики получили знаки "Изобретатель СССР".

 1980 г.

 БПФ-процессор для реализации 64-канальной фильтрации. Разработан совместно с КБ "Шторм". Вычисление БПФ для 256 действительных точек - всего за 320 мкс. - рекордное время для СССР в том году. Аппаратные затраты - 2000 мс. серии К155 и памяти серии К505, потребляемая мощность - 400 ВА.
Прошел успешные многолетние испытания на Камчатке.

 1981 г.

 ВС анализатора спектра. Разработана для Горьковского научно-исследовательского приборостроительного института. Время вычисления БПФ для 2048 действительных точек - 2,6 мс. Вычислял также взаимную корреляционную функцию, усреднение, модуль и фазу сигналов, и т.п. по алгоритму Волдера. Аппаратные затраты - 1900 мс.
Был успешно сдан Госкомиссии, в которую входила дюжина ответственных сотрудников различных ведомств.

 1982 г.

 Цифровой генератор синусоидальных сигналов.Предназначен для отладки и испытаний разрабатываемых процессоров цифровой обработки сигналов. Принцип действия - заполнение таблицы, построенной на быстродействующем ОЗУ, отсчетами синусоиды с заданной амплитудой и чтение из таблицы по счетчику с инкрементом, равным заданной частоте. Частота дискретизации - до 10 МГц. Есть выход ЦАП.

 1983 г.

 ВС анализатора спектра. Разработана для Горьковского научно-исследовательского приборостроительного института. Вычисление БПФ для 1024 действительных точек - за 80 мс. Вычислял также взаимную корреляционную функцию, модуль и фазу сигналов, усреднение и т.п. Аппаратные затраты - 270 микросхем. На макете ВС отрабатывалась технология проектирования спецпроцессоров цифровой обработки сигналов с микропрограммным управлением на базе серий К589, К1802 и К1804. Тактовая частота - 8 МГц. Комплексное умножение выполнялось по схеме с распределенной арифметикой.

Процессор двумерного преобразования Фурье. Разработан для Горьковского научно-исследовательского приборостроительного института. Время вычисления двумерного БПФ 64х64 - 6,2 мс, время вычисления двумерной фильтрации 64х64 - 14,5 мс.

Четырехканальный цифровой фильтр-дециматор. Разработан для Горьковского научно-исследовательского приборостроительного института. Частота дискретизации входных данных по 4 каналам - 256 кГц. Порядок каждого звена КИХ фильтра - 53. Уровень подавления - 80 дб. Ширина полосы пропускания = (частота дискретизации)/5.12 . Фильтр понижал частоту дискретизации сигнала по октавам вплоть до 1,5 Гц и позволял вместе с процессором БПФ выполнять спектральный анализ с очень высоким разрешением.
Высокая производительность фильтра достигнута благодаря применению схемы умножения на коэффициенты на базе ПЗУ К155РТ4. Аналогичная схема применяется сейчас в фильтрах на ПЛИС. Организация многокаскадной схемы фильтрации основана на принципе управления потоками данных.

 1984 г.

 Четырехканальный цифровой фильтр-дециматор. Разработан для Горьковского научно-исследовательского приборостроительного института. Частота дискретизации входных данных по 4 каналам - 256 кГц. Порядок каждого звена КИХ фильтра - 53. Уровень подавления - 80 дб. Ширина полосы пропускания = (частота дискретизации)/5.12 . Фильтр понижал частоту дискретизации сигнала по октавам вплоть до 1,5 Гц и позволял вместе с процессором БПФ выполнять спектральный анализ с очень высоким разрешением.
Представляет собой модернизацию ранее разработанного фильтра, которая заключалась в реализации умножителя на микросхеме 1518ВЖ1.
Эмулятор ПЗУ. Предназначен для разработки и отладки микропрограмм микропроцессоров на базе серии 1804. Объем памяти - 10х1024 байт. Задержка считывания - 70 нс. Загрузка исходных данных - с перфоленты, с клавиатуры или с энергонезависимого ОЗУ.

 1985 г.

 ВС анализатора спектра. Разработана для Горьковского научно-исследовательского приборостроительного института. Внедрена в 1988 г. в ряде вычислительных анализаторов спектра СК4-91,...,СК4-94, которые выпускались серийно на Московском заводе радиоизмерительной аппаратуры МПСС. ВС состояла из быстродействующих блоков многоканального цифрового фильтра и процессора БПФ. Вычисление БПФ для 1024 действительных точек - за 4,5 мс. Аппаратные затраты процессора обработки сигналов - 200 микросхем. Ближайший аналог - анализатор спектра НР3562 фирмы Hewlett-Packard - проигрывал по скорости вычисления и накопления спектров.

Четырехканальный цифровой фильтр-дециматор, разработан для Краснодарского завода измерительных приборов. Частота дискретизации входных данных по 4 каналам - 100 кГц. Порядок каждого звена КИХ фильтра - 23. Уровень подавления - 60 дб. Ширина полосы пропускания = (частота дискретизации)/6 . Фильтр предназначен для применения в разрабатываемом на Краснодарском ЗИП анализаторе спектра.

 1987 г.

 ВС анализатора спектра. Разработана для Горьковского научно-исследовательского приборостроительного института. Вычисление БПФ для 1024 действительных точек - за 50 мс. ВС состояла из сигнального микропроцессора TMS32010 и сопроцессора на серии 1804. Сопроцессор был необходим для организации обменов данными между микропроцессором, блоком памяти и АЦП, благодаря чему увеличена производительность ВС более чем вдвое. Для разработки программ для TMS32010 были разработаны оригинальные кросс-ассемблер и симулятор.
Кросс-ассемблер, симулятор и аппаратный эмулятор сигнального микропроцессора uPD7720. Предназначены для автоматизации разработки программного обеспечения микропроцессора uPD7720, который в 80-е годы поступал на вооружение промышленности средств связи.

 1988 г.

 ВС анализатора спектра. Разработана для Горьковского научно-исследовательского приборостроительного института для модернизации вычислительных анализаторов спектра СК4-91,...,СК4-94, которые выпускались серийно на Московском заводе радиоизмерительной аппаратуры МПСС. ВС состояла из процессора БПФ и векторного процессора с плавающей запятой. Элементная база - AMD29500. Вычисление БПФ для 1024 действительных точек - за 1 мс. Новые изобретатели получили знак «ИзобретательСССР» за внедрение в ней своего изобретения.

 1990 г.

 ВС анализатора спектра, разработана для Горьковского научно-исследовательского приборостроительного института. Ближайший аналог - анализатор спектра НР3561 фирмы Hewlett-Packard. ВС состояла из 2-х плат: платы процессора БПФ и платы фильтра-дециматора, подключаемых к шине Multibus. ВС была построена на 4-х сигнальных микропроцессорах TMS320C10. Частота дискретизации входного сигнала -102,4 кГц. Динамический диапазон - 80 дб.

 1994 г.

 Измеритель сигналов регулирования скорости в рельсовых цепях, внедрен в 1995 г. в Киевском, Харьковском и Московском метрополитенах. Его применение заметно ускорило срок сдачи Днепропетровского метрополитена. Это был первый портативный, автоматический, цифровой,многоканальный измерительный прибор для ЖД транспорта в СНГ, в котором были реализованы алгоритмы спектральной обработки сигналов. Основа измерителя - микроконтроллер і8051.
ВС для обработки сигналов, разработана совместно с американской венчурной фирмой VCS, состояла из 4 микропроцессоров DSP96001 фирмы Motorola, размещенных на плате. Пиковая производительность ВС – 240 Мфлопс. Получен опыт отладки систем с тактовой частотой 40 МГц, программирования параллельных систем на языке ассемблера этого микропроцессора, а также программирования CPLD фирмы Lattice.

1999 г.

Ядро микроконтроллера i8051, по спецификации совпадающего с архитектурой оригинального микроконтроллера, предназначенное для реализации в ПЛИС. Занимает менее 900 CLB slices в ПЛИС Xilinx.

2000 г.

Ядро микроконтроллера i8051, каждая команда которого выполняется за 2, 3 или 4 такта, благодаря чему быстродействие увеличено в 7 раз по сравнению с архитектурой оригинального микроконтроллера. Занимает менее 900 CLB slices в ПЛИС Xilinx и допускает минимизацию до 600 CLB slices при настройке.

2001 г.

Генератор КИХ фильтров на основе таблиц LUT, превосходящий аналогичный генератор фирмы Xilinx как по быстродействию, так и по минимуму аппаратных затрат генерируемых фильтров, внедрен в симуляторе Aldec ActiveHDL.

2004 г.

Совместно с ЦНИИ Навигации и управления разработана цифровая часть приемника GPS-Glonass – сигналов на базе ПЛИС Xilinx, микросхем Zarlinx и DSP-микропроцессора ADSP29000.
Имитатор навигационных сигналов Loran-C, Alpha, разработанный совместно с ЦНИИ Навигации и управления, на базе ПЛИС Xilinx, имеющий в десятки раз меньшие габариты и стоимость, чем аналогичные приборы при той же точности и функциональности.

2005 г.

Экспериментальное ядро микроконтроллера АЯМ, реализующее систему команд микропроцессора ARM v.4 и не уступающее ему по быстродействию. Занимает всего 2000 CLB slices в ПЛИС Xilinx.



Главная


Администратор: Татьяна Лесик
E-mail: lesyk@comsys.ntu-kpi.kiev.ua
VHDLлаборатория Каневского. 2009 г.
© Все права защищены.