Автоматизоване проєктування вбудованих систем цифрового оброблення сигналів на платформі SoC

Анотація

Об’єктом дослідження є процедури автоматизованого проєктування та аналізу алгоритмів цифрового оброблення сигналів на технологічній платформі SoC. Предмет вивчення – моделі, методи та процедури проєктування та оптимального вибору компонентів SoC для реалізації алгоритмів цифрового оброблення сигналів аудіоспектра. Метою дослідження є розроблення моделей та процедур для визначення можливостей компромісного розподілу обчислень алгоритмів оброблення сигналів у циклі автоматизованого проєктування на технологічній платформі SoC за критерієм продуктивності й доцільності використання апаратної та програмної реалізації алгоритмів. У статті розв’язуються такі завдання: розгляд процедур взаємодії процесорного ядра з програмованою логікою у складі систем на кристалі; розвиток процедур автоматизованого проєктування та аналізу систем оброблення сигналів із використанням мов програмування та мов опису апаратури для реалізації вбудованих систем. Упроваджуються такі методи: імплементація алгоритмів цифрового оброблення сигналів мовою програмування С та інструментів високорівневого синтезу для реалізації IP-блоків, діагностичний експеримент способом генерації тестових патернів сигналів та аналіз результатів оброблення на виході системи. Досягнуті результати. На основі аналізу процедур взаємодії процесорного ядра та програмованої логіки на обраній платформі SoC спроєктовано модель системи оброблення сигналів аудіоспектра. Практичну реалізацію виконано на базі стеку інструментальних засобів САПР Vivado/Vitis/Vitis HLS. Проведено верифікацію запропонованої моделі з використанням програмованого генератора тестових сигналів та аналізу отриманих характеристик цифрових фільтрів на виході системи. Висновки. У статті проаналізовано принципи проєктування вбудованих систем оброблення інформації, що реалізуються в системах на кристалі. Розглянуто принципи побудови та аналізу систем цифрового оброблення сигналів на базі систем на кристалі, що містять програмовану логіку та процесорну частину. Розроблені методи апробовано на алгоритмах CIC- та FIR-фільтрів на технологічній платформі SoC FPGA сімейства ZYNQ-7000 фірми Xilinx.