Method of increasing the efficiency
| dc.contributor.advisor | Сергієнко, Анатолій Михайлович | |
| dc.contributor.author | Light, Ukpu Michael | |
| dc.date.accessioned | 2020-06-09T13:30:52Z | |
| dc.date.available | 2020-06-09T13:30:52Z | |
| dc.date.issued | 2020 | |
| dc.description.abstracten | Method of increasing the efficiency of the infinite impulse response digital filters. Relevance of the topic. Field programmable gate arrays (FPGAs) are widely used for the high-speed digital signal processing (DSP) in particular for processing by the infinite impulse response (IIR) filters. The IIR filter implementation in FPGA is based on the widespread use of hardware multiplication blocks. At the same time, the rest of the FPGA programmable resources are used ineffectively. Therefore, in order to increase the efficiency of the use of the FPGA programmable resources and to reduce their energy consumption, it is necessary to introduce more perfect IIR filter structures. The object of the research is designing of high-performance processors for the digital signal processing. The subject of the research is development of the high-performance pipelined IIR filters. The objective is the creation of a method for designing the high-performance IIR filters which are intended for configuring in FPGA. The scientific novelty is as follows: A new method of the hardware IIR filter design is proposed which is based on using the allpass and masking cascades, multipliers to the coefficients in the CSD-representation, which is distinguished in that the coefficients have no more than three non-zeroed digits, and are searched using the simulated annealing optimization algorithm. This provides both higher throughput and smaller hardware volume when the synthesized filters are configured in FPGA than other methods do. The practical value of the obtained results is that the digital filters developed by the new method allows to improve the efficiency of the DSP systems on the basis of FPGA by reducing their cost or increase the speed. The materials of the thesis were used in the research work "Advanced methods and tools of designing the configurable computers on the basis of mapping the spatial synchronous data flow graphs into the structure for FPGA", № ДР.047U005087, ФІОТ-30Т / 2017, which is held at NTUU “Igor Sikorsky’s KPI”. Approbation of the work. Substantive provisions and results of the work were presented and discussed at the International Conference on Security, Fault Tolerance, Intelligence (ICSFTI2020), May 13 – 14, 2020, Kyiv. The structure and scope of the work. Master's thesis consists of an introduction, four sections and conclusions. The introduction provides a general description of the work carried out to assess the current state of the problem, justified the relevance of research areas, formulate goals and objectives of research shows the scientific novelty of the obtained results and the practical value of the work, it provides the information about the testing results. The First section deals with the features of the modern FPGA architecture, algorithms of digital filtration and their known implementation in FPGA. Here, the basic methods of designing the pipelined application-specific processors, algorithms and structures for calculating the IIR filters are considered. The second section describes a method for increasing the efficiency of IIR digital filters implemented in FPGA. In the third section, the efficiency of using the proposed method is investigated and it is compared with the existing methods of the IIR filter design. The conclusions describe the results of the work. The work submitted 73 sheets, contains a list of references to the used literature. | uk |
| dc.description.abstractru | Актуальность темы. Для быстродействующего решения задач цифровой обработки сигналов с рекурсивными фильтрами широко используются программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). Реализация рекурсивных фильтров в ПЛИС основана на использовании аппаратных блоков умножения. При этом остальные программируемые ресурсы используется нерационально. Следовательно, для повышения эффективности использования программируемых ресурсов ПЛИС и уменьшения их энергопотребления необходимо внедрение более совершенных структур рекурсивных фильтров. Объектом исследования является проектирование высокопроиз-водительных процессоров для цифровой обработки сигналов. Предметом исследования является разработка высокопроизводи-тельных конвейерных рекурсивных фильтров. Цель работы: создание метода проектирования высокопроизво-дительных рекурсивных фильтров, предназначенных для конфигурирования в ПЛИС. Научная новизна заключается в следующем: Предложен новый метод проектирования аппаратного рекурсивного фильтра, который базируется на использовании маскирующих каскадов, блоков умножения на коэффициенты, которые представлены каноническим двоичным кодом, отличающийся тем, что коэффициенты имеют не более трех ненулевых разрядов и ищутся с помощью алгоритма оптимизации моделируемого отжига. Это обеспечивает как большую пропускную способность, так и меньший объем оборудования при конфигурируются разработанных фильтров в ПЛИС. Практическая ценность полученных в работе результатов заключается в том, что цифровые фильтры, разработанные по новому методу, позволяют повысить эффективность систем обработки сигналов на базе ПЛИС за счет уменьшения их стоимости и увеличения производительности. Материалы работы использованы в научно-исследовательской работе «Усовершенствованные методы и средства проектирования конфигурируемых компьютеров на основе отображения пространственного графа синхронных потоков данных в структуры на базе программируемых логических интегральных схем», № ДР.047U005087, шифр ФІОТ-30Т / 2017, которая проводится в НТУУ "КПИ им. Игоря Сикорского”. Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены и обсуждались на международной конференции "Безопасность, Отказоустойчивость, Интеллект" 13 — 14 мая 2020 г., Киев. Структура и объем работы. Магистерская диссертация состоит из введения, трех глав и выводов. Во введении представлена oбщая характеристика работы, произведена оценка современного состояния проблемы разработки систем цифровой обработки сигналов на ПЛИС, обоснована актуальность направления исследований, сформулированы цели и задачи исследований, показано научную новизну полученных результатов и практическую ценность работы, приведены сведения об апробации результатов и их внедрение. В первом разделе исследованы особенности архитектуры современных ПЛИС, рассмотрены алгоритмы цифровой фильтрации и их известные реализации в ПЛИС. Во втором разделе разработан метод повышения эффективности нерекурсивных цифровых фильтров, которые реализуются в ПЛИС. В третьем разделе исследована эффективность использования предложенного метода и сравнение его с существующими методами на основе ряда примеров проектирования КИХ-фильтров. В выводах представлены результаты проведенной работы. Работа представлена на 73 листах, содержит ссылки на список использованных литературных источников. | uk |
| dc.description.abstractuk | Актуальність теми. Для швидкісного вирішення задач цифрової обробки сигналів, зокрема для обробки сигналів рекурсивними фільтрами широко використовуються програмовані логічні інтегральні схеми (ПЛІС). Реалізація рекурсивних фільтрів у ПЛІС основана на широкому використанні апаратних блоків множення. При цьому решта програмованих ресурсів використовується нераціонально. Отже, для підвищення ефективності використання програмованих ресурсів ПЛІС та зменшення їх енергоспоживання необхідне впровадження більш досконалих структур рекурсивних фільтрів. Об’єктом дослідження є проектування процесорів для цифрової обробки сигналів. Предметом дослідження є розробка високопродуктивних конвеєрних рекурсивних фільтрів. Мета роботи: створення методу проектування високопродуктивних рекурсивних фільтрів, призначених для конфігурування в ПЛІС. Наукова новизна полягає в наступному: Запропоновано новий метод проектування апаратного рекурсивного фільтра, який базується на використанні маскуючих ступенів, блоків множення на коефіцієнт, що представлений канонічним двійковим кодом, який відрізняється тим, що коефіцієнти мають не більше трьох ненульових розрядів і шукаються за допомогою алгоритму оптимізації імітованого відпалбвання. Це забезпечує як більшу пропускну здатність, так і менший об'єм обладнання, коли синтезовані фільтри конфігуруються в ПЛІС. Практична цінність отриманих в роботі результатів полягає в тому, що цифрові фільтри, які розроблені за новим методом, дозволяють підвищити ефективність систем обробки сигналів на базі ПЛІС за рахунок зменшення їхньої вартості та збільшення продуктивності. Матеріали роботи використані у науково-дослідній роботі «Удосконалені методи та засоби проектування конфігурованих комп’ютерів на основі відображення просторового графу синхронних потоків даних у структури на базі програмованих логічних інтегральних схем», № ДР.047U005087, шифр ФІОТ-30Т/2017, яка проводиться у НТУУ “КПІ ім. Ігоря Сікорського”. Апробація роботи. Основні положення і результати роботи були представлены та обговорювались на міжнародній конференції "Безпека, Відмовостійкість, Інтелект" 13 – 14 травня 2020 року, Київ. Структура та обсяг роботи. Магістерська дисертація складається зі вступу, трьох розділів та висновків. У вступі подано загальну характеристику роботи, зроблено оцінку сучасного стану проблеми розробки систем цифрової обробки сигналів на ПЛІС, обґрунтовано актуальність напрямку досліджень, сформульовано мету і задачі досліджень, показано наукову новизну отриманих результатів і практичну цінність роботи, наведено відомості про апробацію результатів і їхнє впровадження. У першому розділі досліджено особливості архітектури сучасних ПЛІС, розглянуто алгоритми цифрової фільтрації та їх реалізації в ПЛІС. У другому розділі розроблено метод підвищення ефективності нерекурсивних цифрових фільтрів, які реалізуються у ПЛІС. У третьому розділі досліджено ефективність використання запропонованого методу та порівняння його з існуючими методами на основі прикладів проектування рекурсивних фільтрів. У висновках представлені результати проведеної роботи. Робота представлена на 73 аркушах, містить посилання на список використаних літературних джерел і два додатки. | uk |
| dc.format.page | 151 с. | uk |
| dc.identifier.citation | Light, Ukpu Michael. Method of increasing the efficiency : магістерська дис. : 123 Комп’ютерна інженерія / Ukpu Michael Light. – Київ, 2020. – 151 с. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/34072 | |
| dc.language.iso | en | uk |
| dc.publisher | КПІ ім. Ігоря Сікорського | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.subject | FPGA | uk |
| dc.subject | VHDL | uk |
| dc.subject | IIR filter | uk |
| dc.subject | pipeline | uk |
| dc.subject | ПЛИС | uk |
| dc.subject | рекурсивный фильтр | uk |
| dc.subject | ПЛІС | uk |
| dc.subject | рекурсивний фільтр | uk |
| dc.subject | конвеєр | uk |
| dc.subject.udc | 004.942 | uk |
| dc.title | Method of increasing the efficiency | uk |
| dc.type | Master Thesis | uk |
Файли
Контейнер файлів
1 - 1 з 1
Ліцензійна угода
1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
- Назва:
- license.txt
- Розмір:
- 9.06 KB
- Формат:
- Item-specific license agreed upon to submission
- Опис: