Detail předmětu

Signálové procesory

FEKT-MPC-SPRAk. rok: 2025/2026

1. Architektury signálových procesorů, von Neumannova a harvardská architektura, paralelní architektura a architektura s velmi dlouhým instrukčním slovem VLIW.
2. Základy tvorby programového vybavení, vývojová prostředí, intrinsic funkce, implementačně závislé příkazy pragma.
3. Operační systémy reálného času, časovače, vlákna, synchronizace pomocí semaforů.
4. Adresovací jednotka, zvláštní režimy adresování modulo a bitově reverzní.
5. Princip přerušení, maskování přerušení, obsluha přerušení, softwarové přerušení.
6. Komunikace s vnějšími převodníky, sériová sběrnice, řadič DMA, realizace vyrovnávací paměti.
7. Formáty zobrazení čísel v pevné a pohyblivé řádové čárce, formáty záporných čísel, zlomková čísla a operace s nimi.
8. Analýza číslicových systémů, přenosová funkce, impulsní a kmitočtová charakteristika, stabilita, grafy signálových toků.
9. Struktury implementace základních číslicových systémů s konečnou a nekonečnou impulsní charakteristikou, kanonické struktury.
10. Vliv kvantování na vlastnosti struktur, mezní cykly, úprava implementace pro aritmetiku s pevnou řádovou čárkou.
11. Generace harmonického signálu a harmonická analýza, Goertzelův algoritmus, implementace algoritmu rychlé Fourierovy transformace.
12. Řadič programu, časový popis činnosti, zřetězené zpracování instrukcí, optimalizace s ohledem na zřetězené zpracování instrukcí.
13. Vícejádrové procesory, kombinace jádra s architekturou ARM a DSP, komunikace mezi jádry, sdílení paměti.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Petr Sysel, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány základní znalosti z oblasti číslicového zpracování signálů a mikroprocesorové techniky. Student by měl být schopen:
- popsat funkce základních bloků mikroprocesorového systému (procesor, paměť, vstupně/výstupní obvody, atd.),
- vysvětlit základní příkazy jazyka ANSI C,
- aplikovat základní příkazy jazyka ANSI C a implementovat jednoduchý program,
- vypočítat vyjádření čísel v různých číselných soustavách (binární, hexadecimální,
- vysvětlit průběh vzorkování spojitého signálu,
- vysvětlit význam stability systému,
- aplikovat Fourierovu transformaci.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Řešení zadaného projektu 20 bodů
Test ve cvičeních 10 bodů
Úlohy ve cvičeních 10 bodů
Písemná zkouška 60 bodů
Účast na přednáškách je nepovinná
Účast na počítačových cvičení je povinná
Odevzdání samostatného projektu je povinné
Závěrečná písemná zkouška je povinná

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s architekturou a základními vlastnostmi signálových procesorů s pevnou a pohyblivou čárkou, popsat způsoby programování a uvést souvislost s vyššími programovacími jazyky. Je uvedena implementace algoritmů lineární a adaptivní číslicové filtrace, generace harmonického signálu a spektrální analýzy s FFT.
Absolvent bude schopen:
- vysvětlit význam jednotlivých parametrů mikroprocesorů a signálových procesorů a zvolit procesor vhodný pro danou aplikaci,
- vysvětlit průběh překladu oddělených zdrojových souborů jazyka C včetně linkování s dalšími knihovnami,
- připravit kvantované koeficienty číslicového systému pro implementaci,
- zkontrolovat stabilitu číslicového systému i po kvantování koeficientů,
- navrhnout vhodnou strukturu algoritmu pro implementaci v pevné řádové čárce,
- analyzovat vliv kvantování v dané struktuře a posoudit vhodnou strukturu z hlediska kvantování,
- posoudit výhodnost algoritmu rychlé Fourierovy transformace a Goertzelova algoritmu,
- využít přímý přístup do paměti DMA pro přenos vzorků v reálném čase.

Základní literatura

SMÉKAL, Z., SYSEL, P. Signálové procesory. 1. vydání. Praha: Sdělovací technika, 2006. 283 s. ISBN 80-86645-08-8 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-AUD magisterský navazující

    specializace AUDM-ZVUK , 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
    specializace AUDM-TECH , 1 ročník, zimní semestr, povinný

  • Program MPC-EKT magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-SVE magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-TIT magisterský navazující 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Petr Sysel, Ph.D.

Osnova

  1. Základy tvorby programového vybavení, postup překladu, návaznost na jazyk C.
  2. Operační systémy reálného času, použití vláken a jejich synchronizace, operační systém reálného času DSP/BIOS.
  3. Možnosti adresování, speciální adresovací režimy modulo a bitově reverzní, realizace kruhové paměti.
  4. Systém přerušení, maskování a obsluha přerušení, rozdíl ve volání funkcí a obsluze přerušení.
  5. Formáty čísel, přesnost a dynamický rozsah formátů, základní operace.
  6. Analýza číslicových obvodů, základní charakteristiky, přenosová funkce, stabilita, kmitočtová charakteristika.
  7. Struktury implementace číslicových systémů, nekanonická a kanonická struktura implementace, křížová struktura, vazební struktura.
  8. Vliv kvantování na implementaci v pevné řádové čárce, kvantování koeficientů, mezní cykly.
  9. Implementace základních algoritmů, implementace číslicových filtrů s konečnou a nekonečnou impulsní charakteristikou.
  10. Generace a detekce harmonického signálu, generace z tabulky hodnot a rezonátorem, Goertzelův algoritmus.
  11. Fourierova tranformace, rychlý algoritmus implementace.
  12. Architektury signálových procesorů, harvardská architektura, architektura VLIW.
  13. Zřetězené zpracování cyklů, metody optimalizace, paralelní zpracování dat. 

Cvičení na počítači

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Petr Sysel, Ph.D.

Osnova

  1. Základy prostředí Code Composer Studio, zápis programu, vývojový kit TMSDSK6416.
  2. Průběh překladu, rozdíl compile a run-time, rozdíl makro a funkce.
  3. Systém DSP/BIOS, základní prvky systému, vlákna, semafory.
  4. Princip přerušení, obsluha přerušení, časovač.
  5. Komunikace s A/D a D/A převodníkem pomocí McBSP.
  6. Možnosti adresování, modulo adresování, generování z tabulky hodnot.
  7. Základní zpracování signálů, zlomková čísla, intrinsic funkce.
  8. TEST ve cvičení. Implementace lineární konvoluce (filtry typu FIR).
  9. Implementace adaptivních filtrů, algoritmus LMS.
  10. Implementace číslicových filtrů typu IIR, realizace kaskádního zapojení.
  11. Řadič DMA, nastavení přenosu pro McBSP port, přenos vzorků pomocí DMA kanálu.
  12. Konzultace k samostatným projektům.
  13. Odevzdání samostatných projektů.