1. Специализированный микропроцессор для вычисления быстрого преобразования Фурье 4

Микропроцессор для вычисления БПФ 5

1.1 ТЗ 5

1.2 Введение 5

1.3 БПФ и его реализация 7

1.4 Архитектура микропроцессора 10

1.5.1 ПЗУ микропроцессора 15

1.6 Взаимодействие с внешним ОЗУ 15

1.6.1 Цикл чтения из ОЗУ: 16

1.6.2 Цикл записи в ОЗУ: 16

1.7 Устройство, вычисляющее БПФ 18

Быстродействующий умножитель 19

2.1 Введение 19

2.2 Архитектура умножителей 20

2.2.1 Итеративный умножитель 20

2.2.2 Линейная архитектура 21

2.2.3 Параллельная архитектура 22

2.3 Генерация частичных произведений 23

2.3.1 Классическая генерация частичных произведений 24

2.3.2 Алгоритм Бута 25

2.4 Дерево Уоллеса 29

2.5 Сумматор с предвычислением переносов 32

2. Технологический процесс монтажа печатной платы устройства БПФ на базе специализированного микропроцессора 35

2.1. Введение 36

2.2. Монтаж навесных компонентов на печатных платах. 37

2.2.1 Основные методы пайки 37

2.3. Выбор варианта монтажа. 41

2.4. Разработка технологического процесса сборки и монтажа печатной платы устройства БПФ 44

2.4.1 Выбор флюса. 44

2.4.2 Выбор припоя. 45

2.4.3 Выбор очистительных жидкостей 47

2.4.4 Выбор клеев. 48

2.5. Алгоритм технологического процесса сборки и монтажа устройства на базе специализированного микропроцессора. 48

2.6 Вывод 50

3. Сегментация рынка пользователей специализированного микропроцессора 51

3.1 Введение 52

3.2 Принципы сегментации 53

3.3 Формализованная методика расчета сегментации рынка 54

3.4 Поиск сегментов рынка микропроцессора 59

4. Рациональная организация рабочего места проектировщика интегральных схем 64

4.1 Введение 65

4.2 Неблагоприятные факторы 65

4.3 Электроопасность и пожароопасность 66

4.4 Шумы 67

4.5 Микроклимат 68

4.6 Освещенность 69

4.7 Расчет искусственного освещения 71

4.8 Воздействие статического электричества и излучения 73

4.9 Организационные мероприятия по созданию условий безопасного труда 75

4.10 Психофизиологические факторы 75

4.11 Вывод 76

Заключение 77

Литература 78

Микропроцессор для вычисления БПФ

1.1 ТЗ

Разработать схему микропроцессора (МП), реализующую функцию вычисления "Быстрого преобразования Фурье" (БПФ) на уровне эскизного проекта. При разработке сделать упор на минимизацию размера ОЗУ на кристалле микропроцессора. Исходная последовательность отсчетов - 4096 точек. Точность - 16 разрядов. Проработать до уровня принципиальной электрической схемы основой узел МП - умножитель. Разрядность входных операндов - 16 бит. Разработать эскиз устройства для вычисления БПФ (на базе МП), работающее в составе персонального компьютера. Интерфейс устройства - PCI.

1.2 Введение

Одним из наиболее эффективных направлений анализа набора данных является анализ спектра полученных данных. Под данными в этом случае понимается произвольный набор значений-отсчетов, часто - полученный опытным путем. В качестве инструмента выступают различные дискретные преобразования, как то: "дискретное преобразование Фурье" (ДПФ), вейвлет-преобразованиe, и т.д. Полученные в результате преобразования значения - коэффициенты при базисных функциях (в случае ДПФ это cos и sin) - составляют спектр исходного набора данных.

Вейвлет-преобразование характерно тем, что его базисные функции позиционированы не только во времени, но и в пространстве, что, является дополнительным преимуществом, по сравнению с ДПФ. Вместе с тем, ДПФ идеально подходит там, где сама природа исходных данных подвигает к тому, чтобы использовать в качестве базиса тригонометрические функции (анализ звуковых колебаний, и т.д.).

С точки зрения схемотехники, вычисление ДПФ - довольно трудоемкая задача. Согласно формуле вычисления ДПФ, , (N - количество исходных отсчетов, x(n) - n-ый отсчет, X(k) - k-ый коэффициент спектра), на вычисление одного коэффициента спектра идет N операций умножения. Нетрудно представить, что для вычисления полного ДПФ нужно затратить N2 операций умножения, и столько же операций сложения. Быстрое преобразование Фурье позволяет сократить число операций умножения с N2 до Nlog2(N). Для сравнения: при вычислении 4096-точечного ДПФ, разница в скорости между двумя алгоритмами составляет два порядка (!). БПФ в этом случае оказывается быстрее классического ДПФ где-то в 300 раз.

В данном дипломном проекте рассматривается аппаратная реализация быстрого преобразования Фурье, разработанная в виде специализированного микропроцессора. Особенностями реализации являются:

- небольшой размер ОЗУ на кристалле

- высокое быстродействие, обусловленное применяемым алгоритмом умножения и совмещением внутренних микроопераций МП при работе с внешним ОЗУ.

1. В. Мистюков, П. Володин, В. Капитанов Однокристальная реализация алгоритма БПФ на ПЛИС фирмы Xilinx, "Компоненты и технологии", 2000г.

2. Ненашев А.П., Волков В.А., Заводян А.В. Методические указания по дипломному проектированию для студентов специальности "Конструирование и производство", РЭА", МИЭТ, 1988г.

3. Волков В.А., Заводян А.В. Методические указания по выполнению технологической части дипломных проектов. МИЭТ, 1985г.

4. Ф. Котлер Вопросы маркетинга, М., 1996

5. Fast Multiplication: Algorithms And Implementation, Gary W. Bewick, 1994

6. 17x17 Bit, High Perfomance, Fully Synthesizable Multiplier, David Dahan, 1998

Примечаний нет.