10.16. Общие принципы построения специализированных процессоров БПФ

В настоящем разделе рассматриваются вопросы, связанные с выбором исходных параметров и разработкой специализированного устройства для выполнения БПФ {процессора БПФ). Существует много различных вариантов алгоритма БПФ, поэтому важнейшая задача проектирования заключается в выборе основания алгоритма, варианта прореживания (по времени или по частоте), способа размещения промежуточных результатов (с замещением или без него) и т. д. Однако правильное решение может быть принято лишь после более глубокого анализа, связанного с выбором микросхем, степени параллелизма, структуры памяти, т. е. с такими характеристиками, которые в свою очередь зависят от быстродействия, размеров и гибкости проектируемого устройства, — от параметров, определяемых в конечном счете назначением  устройства.

Фиг. 10.38. Взаимосвязи арифметических устройств и  микросхем памяти.

Невозможно перечислить все системы, в которых может быть использован процессор БПФ, поэтому ограничимся одним типичным примером. В радиолокаторах часто используются согласованные фильтры. К наиболее важным характеристикам таких фильтров относятся: 1) гибкость, выражающаяся в возможности изменения передаточной функции фильтра; 2) быстродействие, так как полоса обрабатываемого сигнала на практике может составлять несколько мегагерц. Кроме того, важную роль играет величина произведения полосы сигнала на его длительность, в конечном счете определяющая размер БПФ. В таких случаях можно применять КИХ-фильтр на основе алгоритма БПФ, предусмотрев возможность ввода-вывода в реальном времени.

В приведенном примере, а также в аналогичных случаях быстродействие процессора БПФ определяется требованиями к быстродействию всей системы. Так, при использовании БПФ для вычисления свертки процессор БПФ должен работать в четыре раза быстрее, чем такой же процессор в системе спектрального анализа последовательных массивов. Аналогично при обработке перекрывающихся массивов быстродействие процессора БПФ должно быть пропорционально как степени перекрытия, так и полосе сигнала.

Другое часто встречающееся применение процессора БПФ — введение его в состав периферийного оборудования универсальной ЦВМ. Существуют по меньшей мере две причины, оправдывающие подключение таких приставок:

1.   Если вычислительная система проводит главным образом спектральный анализ, то введение приставки позволяет сэкономить машинное время и, следовательно, денежные средства.

2.  Существуют системы, в которых обработку желательно выполнять в реальном времени, причем основным препятствием этому является недостаточно быстрое вычисление БПФ.

В первом случае обеспечение определенного быстродействия не столь важно, как легкость программирования, умеренная стоимость приставки и согласующих устройств, а также гибкость процессора БПФ.

Фиг. 10.39. Структура памяти для БПФ, выполняемого в реальном времени с четырехкратным перекрытием. (Каждый столбец показывает расположение входных подмассивов в блоках ЗУ на последовательных интервалах времени.)