VLSI-Architekturen für die digitale Signalverarbeitung
| Inhalt | Übungen | Literatur |
| Beginn |
Vorlesung: 24.04.2003 Übung: 05.05.03 |
| Uhrzeit |
Vorlesung: Do, 09.50 - 11.30 Übung(Theorie):09.50 - 11.30 Übung(Praxis): 13.00 - 17.00 |
| Veranstaltungsort |
Vorlesung: S101/7 Übung(Theorie):S115/133 Übung(Praxis):S115/138 |
| Turnus | Sommersemester |
| Veranstaltungsform | V2 + Ü2 |
| Voraussetzungen | Vordiplom |
| Einordnung | Informatik IV |
| Veranstalter |
Prof. Dr.-Ing. Sorin A. Huss, Joseph Laschgari |
Die digitale Signalverarbeitung (DSP) ist für klassische industrielle Anwendungen in der Meß- und Regelungstechnik, der Nachrichtentechnik und der Robotik seit längerem von zentraler Bedeutung. Aufgrund der raschen Fortschritte in der Mikroelektronik hat sich die Anwendungsbreite auch auf die Verarbeitung von Audio- und Videosignalen (z. B. Audio-CD, digitales Radio und digitales Fernsehen) erweitert. DSP bildet somit eine der Basistechnologien für Multimedia-Anwendungen. Ziel der Vorlesung ist es, das Zusammenwirken der Bereiche Algorithmen, Rechnerarchitekturen und VLSI-Technologie darzustellen, wodurch die Bereitstellung leistungsfähiger Systeme der Signalverarbeitung erst ermöglicht wird. Einige der in der Vorlesung vorgestellten Verfahren und Methoden werden im Rahmen von Übungen unter Verwendung von leistungsfähigen DSP-Entwurfssystemen am Rechner praktisch erprobt.
Die Folien der Vorlesung sind als PDF-Dateien hier zum Download vefügbar.
| Kapitel 0 | Kapitel 1 | Kapitel 2 |
|
| Kapitel 3 | Kapitel 4 | Kapitel 5 | |
Inhalt
- Einleitung
- Entwurfsablauf
- Anwendungen
- Algorithmen
- Architekturen für Hochleistungssrechner
- S I M D
- M I M D
- Amdahls Gesetz
- Klassifizierung der Kommunikation
- Array-Prozessor
- Technologien
- Entwurfsprinzipien VLSI-geeigneter Architekturen
- CMOS-Technologie
- Abstraktion, Hierarchie und Entwurfsstile
- Systembezogene Gesichtspunkte
- Entwurfsprinzipien
- Algorithmen für die digitale Signalverarbeitung (DSP)
- Matrixoperationen
- Matrizenmultiplikation
- Lösung linearer Gleichungssysteme
- Kleinstes Fehlerquadrat
- DSP-Basisoperationen
- Grundbegriffe
- Zeitdiskrete Signale
- Zeitdiskrete Systeme
- Lineare zeitinvariante zeitdiskrete (LTI) Systeme
- Darstellung im Frequenzbereich
- Diskrete Fourier-Transformation
- Z-Transformation
- Abtasttheorem
- Filterfunktionen (digitale Filter)
- Bildverarbeitungsoperationen
- Algorithmensynthese im Hinblick auf Arraystrukturen
- Notation paralleler Algorithmen
- Vektorisierung
- Direkte Formulierung
- Rekursive Algorithmen
- Abhängigkeitsgraph
- Entwurfsmethodik
- Abbildung von Algorithmen auf DG
- Klassifizierung von DG
- Lokalisierung eines DG
- Abbildung eines DG auf SFG
- Formales Projektionsverfahren
- Scheduling
- Verfahrensablauf
- Systolische Arrays
- Begriffsbestimmung und Abgrenzung
- Abbildung von SFG auf systolische Arrays
- Zusammenfassende Bemerkungen
- Wavefront Arrays
- Begriffsbestimmung und Bewertung
- Wellenfronten
- Datenflußgraph (DFG)
- Abbildung von DG auf DFG
- Ableitung von DFG aus SFG
- Dynamische Eigenschaften von DFG
- Berechnung der minimalen Pipeliningperiode
- Zusammenfassung
- Prozessorelemente
- Basis-Architektur von Mikroprozessoren
- Architekturmerkmale von DSP-Prozessoren
- Dezidierte Funktionsblöcke
- Paralleler Multiplizierer (n x n bit), "bit-level"-Array
- Datenpfad
- Adressrechner
- Standard DSP-Prozessoren
- Fujitsu MB 8764 (16 Bit)
- Motorola DSP 56000 (24 Bit)
- Gleitkomma DSP-Prozessoren (32 Bit)
- Wavefront-Array-Prozessoren
- Architekturbeispiel
- Asynchrone Kommunikation
- Programmierung von DSP-Algorithmen
Übungen
| Beginn der Übungen | Die 1.Theoretische Übung ist am Montag, den 05.05.2003 ab 9:50 - 11:30 in S115/133 |
| Theorie-Übungen | MO, 9:50 Uhr bis 11:30 Uhr in S115/133 |
| Praxis-Übungen | Mo, 13:00 - 17:00 Uhr in S115/138 |
| Anmeldung | Gruppen-Account-Vergabe in den theoretischen Übungen |
Übungsblätter (Theorie)
| Termine und Downloads (Theorie) | ||||
|---|---|---|---|---|
| Datum | Tag | Ort | Download | Lösungen |
| 05.05. | MO | S115/133 | 1. Theorie | 1. Lösung Theorie |
| 19.05. | MO | S115/133 | 2. Theorie | 2. Lösung Theorie |
| 02.06. | MO | S115/133 | 3. Theorie | 3. Lösung Theorie |
| 16.06. | MO | S115/133 | 4. Theorie | 4. Lösung Theorie |
| 30.06. | MO | S115/133 | 5. Theorie | 5. Lösung Theorie |
| 10.07. | DO | S101/07 | 6. Theorie | 6. Lösung Theorie |
Übungsblätter (Praxis)
| Termine und Downloads (Paraxis) | ||||
|---|---|---|---|---|
| Datum | Tag | Ort/font> | Download | Lösungen |
| 19.05. | MO. | S115/138 | Referenz-Manual
1. Praxis |
1. Lösung Praxis |
| 02.06. | MO. | S115/138 | 2. Praxis | 2. Lösung Praxis |
| 16.06. | MO. | S115/138 | Referenz-Manual
3.Praxis |
3.Lösung Praxis |
| 30.06. | MO. | S115/138 | 4.Praxis | 4.Lösung Praxis |
Literatur
| [1] | S.Y. Kung: VLSI Array Processors. Prentice Hall, 1988 |
| [2] | A.V. Oppenheim, R.W. Schäfer: Zeitdiskrete Signalverarbeitung. Oldenburg, 1992 |
| [3] | P. Pirsch: Architekturen der digitalen Signalverarbeitung. Teubner, 1996 |
| [4] | R.J. Schalkoff: Digital Image Processing and Computer Vision, Wiley, 1989 |
| [5] | N. Weste, K. Eshragian: Principles of CMOS VLSI Design - A Systems Perspecitve. Addison-Wesley, 1988 |
| Updated on 11/13/03 by SA. |