We have developed a microprogramir!able signal processor for real-time ultrasonic signal processing. Processing speed was increased by the parallelism in horizontal microprogram using 104bits microcode and the Pipelined architecture. Control unit of the signal processor was designed by microprogrammed architec- ture and writable control store (WCS) which was interfaced with host computer, APPLE- ll . This enables the processor to develop and simulate various digital signal processing algorithms. The performance of the processor was evaluated by the Fast Fourier Transform (FFT) program. The execution time to perform 16 bit 1024 points complex FF7, radix-2 DIT algorithm, was about 175 msec with IMHz master Clock. We can use this processor to Bevelop more efficient signal processing algorithms on the biological signal processing.
본 논문에서는 기존 2진 FFT(Fast fourier transform)에서 확장해 다치논리 연산기를 이용해서 고속 다치 FFT 연산기를 구현하였다. 이를 바탕으로 구현한 FFT 연산의 가산은 기존의 2치 FFT연산과 비교해 결선과 트랜지스터 개수도 반으로 줄어지는 효과가 있다. 캐리 전파없는 가산기를 구현하기 위해서 (0,1,2,3)의 과잉 디지트 집합을 이용한 과잉 양의 수 표현(Reduntandt Positive-digit number Representation)을 FFT 내부적으로 이용하였고 이로 인해 능동소자의 감소와 이를 연결하기 위한 결선의 감소의 효과가 있고 VLSI(Very large scale intergation)의 설계시 정규성과 규칙성으로 효과적이다. FFT의 가산동작을 위해서는 캐리전파없는 가산기를 사용하였고 그리고 곱셉작용을 위해서는 곰셉기의 연산시간이 길고 면적이 큼으로 간단한 수학적 동작을 위해서 다치 LUT(Look up table)을 이용해 곱셈의 역할을 대신하였다. 마지막으로 시스템의 호환을 위해 하이브리드형 다치 FFT 연산기를 설계하여 예로 제시하였다.
A real-time microprogrammable digital signal processor is designed and implemented using the bit-slice logic, a parallel multiplier, 74 series TTLs and MOS memories. A microinstruction set for the processor is defined and an application program development system is constructed. For its performance evalution, a digital filter and FFT are implemented with this digital signal processor. It is proved that this processor is faster than commrcially available single chip digital signal processors such as \ulcornerD 7720, AMI 2811, enabling very high speed digital signal processing.
This paper describes a new digital signal processor (DSP) imbalance measurement system dedicated to real-time vibration analysis on rotating machine. To accomplish real-time analysis, the vibration signals are on-line acquired and processed to analyze the mass imbalance and phase position. This is achieved through the use of FFT and Lissajous diagram. The method followed to analyze the mass imbalance with the chosen hardware and software solutions are described in detail in this paper. Several experimental tests demonstrate the efficiency and accuracy in imbalance analysis performance of the DSP system.
FFT(Fast Fourier Transform)는 멀티미디어 통신 및 디지털 신호처리 분야, 특히 무선통신이나 디지털 방송 등에서 쓰이는 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)에서 필수적인 역할을 하고 있다. 본 논문에서는 파이프라인 FFT 프로세서 설계의 다양한 알고리즘 및 하드웨어 구조에 대해 살펴보고 이를 한 눈에 파악할 수 있는 설계 가이드라인을 제시한다. 또한 분석 중 Radix-2 Single-path Delay Feedback의 복소곱셈기의 비효율적인 면을 찾고 새로운 R2SDF 구조를 제안한다.
This paper proposes a high-speed and area-efficient FFT algorithm and performs a hardware implementation. This algorithm, named by “Radix-4/2”, uses the feature of existing radix-2$^3$algorithm, It reduces the number of non-trivial multipliers in SFG to the ratio of 3 to 2 campared with radix-2 or radix-4 algorithm and radix-4/2 has also twice throughput as radix-2$^3$algorithm's. It is proved that FFT processor using the proposed algorithm and 64-point MDC pipeline architecture has twice throughput as radix-2$^3$algorithm's, and reduces areas by 25 percentages in contrast to radix-4 algorithm's.
이 논문에서는 $Radix-4^2$알고리즘을 사용한 저면적 FFT 구조를 제안한다. 큰 point의 FFT는 여러 개의 직렬연결 스테이지로 구성되는데, $Radix-4^2$알고리즘을 사용하면 매 2 스테이지마다 곱셈 종류의 수가 3인 스테이지가 생긴다. 이 사실을 이용하여 곱셈 연산 종류의 수가 3인 스테이지의 구현 면적을 줄이는 구조를 제안하였다. 예를 들면 4096-point FFT는 6개의 스테이지로 구성되는데 $Radix-4^2$ 알고리즘을 사용하면 3개의 스테이지가 곱셈연산 종류의 수가 3이다. 이 3개의 스테이지의 곱셈 연산 하드웨어는 CSD(Canonic Signed Digit) 계수 방식과 CSS(Common Sub-expression Sharing) 기술을 사용하여 구현면적 감소시킬 수 있었다. 제안된 방식을 사용하여 256-point FFT 구조를 설계하여 Verilog-HDL 코딩하였다. 또한 tsmc $0.18{\mu}m$ CMOS 라이브러리를 사용하여 합성하여 구현한 결과 $1.971mm^2$의 cell area를 얻었다. 이와 같은 합성 결과는 기존 구조와 비교하여 약 23%의 cell area 감소 효과를 보였다.
We have developed a microprogramir!able signal processor for real-time ultrasonic signal processing. Processing speed was increased by the parallelism in horizontal microprogram using 104bits microcode and the Pipelined architecture. Control unit of the signal processor was designed by microprogrammed architec- ture and writable control store (WCS) which was interfaced with host computer, APPLE- ll . This enables the processor to develop and simulate various digital signal processing algorithms. The performance of the processor was evaluated by the Fast Fourier Transform (FFT) program. The execution time to perform 16 bit 1024 points complex FF7, radix-2 DIT algorithm, was about 175 msec with IMHz master Clock. We can use this processor to Bevelop more efficient signal processing algorithms on the biological signal processing.
최근 소형 레이더는 다양한 운용환경에서 대응하기 위하여 소형화와 저전력화를 추진한다. 또한 한번의 타격으로 표적의 시스템을 무능화시키기 위해 높은 거리해상도를 갖는 소형 밀리미터파 레이더 개발을 요구한다. 본 논문에서는 소형 밀리미터파 레이더에서 사용할 수 있는 신호처리기를 설계하고 구현하였다. 소형 밀리미터파 레이더를 위한 신호처리기는 소형화와 저전력화를 위해 디지털 IF(Intermediate Frequency) 수신기와 실시간 FFT 연산이 가능한 DFT(Discrete Fourier Transform) 모듈을 설계하였다. 또한 소형 밀리미터파 레이더의 수신 경로에서 발생할 수 있는 신호의 왜곡을 보정하기 위한 수단으로 FPGA(Field Programmable Gate Array)와 DAC(Digital Analog Converter)를 활용하여 시스템에서 사용하는 RF(Radio Frequency) 신호를 생성할 수 있도록 하였다. 마지막으로 성능시험을 통해 구현한 신호처리기를 검증하였다.
이 논문에서는 8K/2K-Point FFT Radix-4 알고리즘을 CORDIC 연산을 이용하여 효율적으로 나비연산 구조를 설계할 수 있음을 보였다. 즉 CORDIC 연산을 사용하여 cosine 과 sine 값을 저장하지 않고 4개의 복소 곱셈연산을 효과적으로 수행할 수 있음을 보였다. 제안된 CORDIC 나비연산기 구조를 Verilog HDL 코딩으로 구현한 결과, 기존의 승산기를 사용한 나비연산기 구조와 비교하여 36.9%의 cell area 감소 효과를 보였다. 또한 전체 8K/2K-point Radix-4 FFT 구조의 Verilog-HDL 코딩을 기존의 승산기를 사용한 구조의 코딩과 비교한 결과, 11.6%의 cell area 감소효과를 볼 수 있었다. 따라서 제안된 FFT 구조는 DMB용 OFDM 모뎀과 같은 큰 크기의 FFT에 효율적으로 사용될 수 있는 구조임을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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