Використання ПЛІС для високопродуктивної цифрової обробки сигналів та зображень

Є ряд альтернативних рішень побудови високопродуктивних систем, зокрема на замовлених інтегральних схемах (ASІ) і спеціалізованих процесорах цифрової обробки сигналів (DSP). Розглядати питання реалізації системи з використанням ASІ не будемо, оскільки даний підхід окуповує себе тільки при досить багатосерійному виробництві й в умовах вітчизняного ринку зовсім неприйнятний. У той же час продуктивності більшості сучасних DSP, як правило, не вистачає для однокристальної реалізації алгоритму і, як наслідок, виникає необхідність побудови багатопроцесорних систем на базі однокристальних цифрових процесорів обробки сигналів із властивою складністю сполучення декількох процесорів і налагодженням їхнього функціонування в реальному масштабі часу. Вартість кінцевої реалізації подібної системи залишає бажати кращого.

Продуктивність ПЛІС на задачах ЦОС тим вище, чим більш висока паралельність обробки використовується в алгоритмі, що веде за собою відповідне збільшення обсягу логіки на кристалі. Однак досить малий кристал ПЛІС Xіlіnx XCV100 на 8-бітних операціях забезпечує продуктивність, майже на порядок переважаючу показники могутнього ЦОС- процесора. Це обумовлено розпаралелюванням самого процесу обробки і ефективним використанням архітектурних особливостей ПЛІС, причому, що особливо важливо, за рахунок високої швидкості міжкристального обміну ПЛІС можливий багатоканальний ввід/вивід даних на граничних частотах, аж до 200 Мгц.

Звичайно, було б некоректним проводити аналіз порівняльної продуктивності реалізації алгоритмів ЦОС без врахування їх вартості. ПЛІС забезпечують безпрецедентно низькі вартісні витрати при значному виграші в.продуктивносоті.

Для реалізації високошвидкісних пристроїв ЦОС найбільш прийнятні ПЛІС таких сімейств, як Vіrtex, Vіrtex-E, а також XC4000XL/XLA/XV і Spartan/XL, основні характеристики яких по серіях приведені в табл. 1.

Таблиця 1. Основні характеристики ПЛІС Xіlіnx серій Vіrtex, Vіrtex-e, XC4000XL/XLAXV, Spartan/XL

Привабливою рисою ПЛІС для реалізації алгоритмів ЦОС є наявність внутрішнього швидкодіючого розподіленого ОЗУ, поєднуваного в блоки необхідного розміру. Використання даного ОЗУ дуже ефективно для реалізації алгоритмів ЦОС методом розподіленої арифметики, а також для збереження коефіцієнтів, результатів проміжних обчислень і т.п.