Проектирование устройств цифровой обработки сигналов в режиме реального времени для многоканальных акустических систем

• Автор: Павленко, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 160 с. : ил

Введение

Глава 1. Особенности построения многоканальных систем обработки данных в

реальном времени

1.1. Многоканальные системы цифровой обработки сигналов

1.1.1. Классификация систем

1.1.2. Уровни иерархии систем

1.1.3. Основные характеристики систем

1.1.4. Цифровая обработка сигналов в многоканальных системах.

1.2. Среда передачи данных и структура системы.

1.2.1 .Графы межмодульных связей.

1.2.2. Подсистемы многоканальных систем

1.2.3.Особенности реализации среды передачи данных для
многоканальных систем.
1.2.4. Использование модели взаимодействия открытых систем.
1.2.5. Отказоустойчивость многоканальной системы.
Выводы.
Глава 2. Методические основы проектирования узлов многоканальных акустических
систем цифровой обработки реального времени
2.1. Проектированиер коммутаторов в многопроцессорных системах.
2.1.1 .Классификация применяемых коммутаторов
2.1.2. Применение шинные структуры.
2.1.3. Обеспечение пропускной способности и производительности процессоров в узлах системы
2.1. Реализация узлов среды передачи данных многоканальных систем
2.2.1 .Выбор реализации адаптеров среды передачи данных
2.2.2. Разработка специализированных протоколов обмена данными между узлами системы.
2.2.3. Методика выбора числа каналов, обслуживаемых одним вычислительным модулем.
2.3. Методики проектирование вычислительных модулей
2.3.1. Структура универсального вычислительного модуля
2.3.2.Выбор структуры узлов ЦОС на основе сигнальных процессоров
2.3.3. Определение оптимальных параметров среды передачи данных
2.3.4.Методика выбора параметров для обеспечения требуемых характеристик ВМ многоканатьной иерархической системы.
2.3.5. Проектирование подсистем многоканальных систем.
Выводы
Глава 3. Методические и технические средства реализации алгоритмов обработки
данных, тестирования и диагностики
3.1. Методики реализация алгоритмов ЦОС для систем
3.1.1. Особенности реализации алгоритмов ЦОС для многоканальных систем
3.1.2. Методики использование априорных данных о сигнале
3.1.3. Применение расчета по перекрывающимся отрезкам.
3.2. Методика оценки времени выполнения и тестирования ПО ЦОС.
3.2.1. Вычислительная сложность задач.
3.2.2. Методика оценки времени выполнения НО ЦОС
3.2.3. Библиотеки элементарных функций ЦОС для расчета времени выполнения операций ЦОС.
3.2.4. Методика тестирования ПО на эмуляторе с использованием специальных библиотек функций
3.3. Реализация синхронизации данных в узлах системы.
3.3.1. Синхронизация процессов и данных
3.3.2. Процессы, протекающие в вычислительных модулях многоканальных систем
3.3.3. Синхронизация процессов и реализация примитивов синхронизации в системе
3.3.4. Решение задачи распределения ресурсов для систем
3.3.5. Особенности реализации ПО для многоканальных систем реального времени
Глава 4. Применение разработок при проектирование узлов многоканальной
моделирующей гидроакустической системы
4.1. Постановка задачи.
4.1.1. Алгоритмы
4.1.2. Структура системы
4.2. Узлы многоканальной гидроакустической системы.
4.2.1. ВМ второго иерархического уровня.
4.2.2. ВМ нижнего иерархического уровня.
4.3. Разработка узлов среды передачи данных многоканальной системы.
4.3.1 .Требования к среде передачи данных основного канала
4.3.2. Использование специального протокола передачи данных дня уменьшение избыточности передачи.
4.3.3. Узлы среды передачи данных управляющего ПК и модулей второго иерархического уровня
4.3.4.Узлы среды передачи данных нижнего иерархического уровня
4.3.5.Подсистема контроля и диагностики.
4.3.6. Узлы среды передачи данных для подсистемы контроля и диагностики
4.4. Разработка стенда для тестирования узлов МГАС.
4.5. Разработка библиотек функций, реализующих обмен и обработку данных в узлах системы
4.5.1. Разработка функций обработки данных на верхних уровнях иерархии системы.
4.5.2. Обработка данных на нижнем уровне иерархической системы
4.5.3. Динамическое изменение параметров синтеза на уровне МГС
Заключение
Литература


Разработка библиотеки параметризованных алгоритмов цифровой обработки сигналов с возможностью динамического изменения параметров обработки для разработанных узлов. Все многоканальные системы можно разделить на три больших класса по направлению потоков данных. Класс I системы сбора данных, в которых данные поступают от большого числа канатов. Пример структуры такой системы изображен на рис. Класс IIсистемы синтеза сигналов, в которых поток данных, генерируемый системой, передается от системы к объекту по большому числу каналов. Пример структуры такой системы изображен на рис. Класс III системы управления. Они являются объединением первых двух классов, т. Системы сбора данных и системы синтеза эквиваленты с точки зрения построения и функционирования с точностью до направления передачи информации, поэтому в дальнейшем не рассматривается направление передачи данных, а говорится просто о потоке данных в системе без указания о направлении. Системы же третьего класса можно представить в виде объединения систем первого и второго класса, одна из которых производит сбор и обработку данных и по результатам обработки формирует сигналы для выдачи. На рис. Поток данных, поступающих от внешних устройств, обрабатывается вычислительными модулями. Данные от внешних устройств поступают в ВМ через УВВ. Управляющий модуль осуществляет контроль и управление остальными ВМ. Рис. Среда передачи данных осуществляет функции обмена данными между разными ВМ, и между ВМ и управляющим модулем. Под средой передачи данных I понимается аппаратура, обеспечивающая обмен данными между ВМ в многопроцессорной системе. В многоканальной системе в отличие от обычных многопроцессорных систем 1 связь каждого ВМ с каждым не обязательна и обычно не применяется. Малая связность среды передачи данных многоканальной системы является характерной особенностью системы. Прямую связь всех ВМ друг с другом и с управляющим модулем при большом объеме передаваемых данных проблематично организовать по двум причинам. Вопервых, наступает ограничение на производительность управляющею модуля, вовторых, наступают офаничения по пропускной способности канала передачи данных. Рис. Поэтому вводятся промежуточные уровни рис. На рис. Верхний уровень системы представляет собой управляющий компьютер, который осуществляет функции управления системой, сбора данных и конечной обработки. Нижний уровень, в данном случае один, состоит из ВМ. Нижний уровень системы объединен с верхним через среду передачи данных, функция которой состоит в передаче данных между уровнями системы и управлении. В сложной многоуровневой системе может быть несколько точек принятия решений. На рис. Он иллюстрирует принцип распределения данных и принятия решений на разных уровнях системы 3. Ниже на рис. Она отличается от двухуровневой системы наличием промежуточного уровня, состоящего из Ь вычислительных модулей. Нижний уровень состоит из ВМ, получающих данные через устройства вводавывода от внешних каналов. ВМ этого уровня производят предварительную обработку данных. После этого данные через среду передачи данных передаются на ВМ промежуточного уровня, где происходит промежуточная обработка данных, а затем по среде передачи данных результат передается в управляющий модуль. В общем случае возможна многоуровневая система. Рис. При проектировании системы, для каждого уровня в такой иерархической многоканальной системе, требует организации передачи потоков данных на аппаратном уровне и уровне протоколов табл. Таблица 1. Параметры, характеризирующие многоканальные системы, были разбиты на три группы по признаку возможности модификации. Первая группа параметров это структурные параметры, определяющие аппаратную реализацию системы в целом. К ним были отнесены следующие параметры число уровней иерархии структура связей между узлами системы направление потоков данных. Вторая группа параметров количественные параметры объемы передаваемых и обрабатываемых данных вычислительная мощность ВМ число каналов число ВМ. Третья группа параметров параметры алгоритмов обработки, они определяются особенностями алгоритмов, реализуемых системой.