Course detail
Digital Signal Processors
FEKT-MPC-SPRAcad. year: 2019/2020
Definition of digital signal processor, its differences from the other microprocessors. Generations of digital signal processors and their typical features, trends of development. Basic digital signal processor architectures – the Harvard architecture, the VLIW architecture. Fixed- and floating-point number formats, IEEE-754 standard. Fixed-point digital signal processor of the TMS320C6400 series. Processor core, functional units, register set, addressing modes. Instruction set and the way it is applied. Link between programming in assembler and in the C language, intrinsic function, pragma expressions. Canonic and non-canonic structures for implementing FIR and IIR digital filters in digital signal processors, analysis of quantization noise, Mason’s rule, transfer function modification regarding fixed-point representation. Adaptive LMS algorithm and its implementation. Generation of harmonic signal and harmonic analysis, Goertzel's algorithm, structure of FFT algorithm and its types. Sum of peripherals, memory mapping, communication with external peripheries, direct memory access DMA. Real-time processing, circular buffer, double buffering.
Language of instruction
Number of ECTS credits
Mode of study
Guarantor
Department
Learning outcomes of the course unit
- explain the meaning of the parameters of microprocessors and digital signal processors, and choose a processor suitable for the application,
- explain the progress of the translation of separate C language source files including linking with other libraries,
- prepare the quantized coefficients of a digital system
- check the stability of the digital system after coefficient quantization,
- design a suitable form to implement the fixed point algorithm,
- analyze the effect of quantization in the structure and assess a suitable structure in terms of quantization,
- consider the advantages of the fast Fourier transform algorithm and Goertzel’s algorithm
- use the direct memory access (DMA) to transfer the samples in real time.
Prerequisites
- describe the function of the basic blocks of the microprocessor (CPU, memory, I / O circuits, etc.)
- explain the basic commands of ANSI C,
- apply the basic commands of the ANSI C language and implement a simple program,
- calculate in terms of numbers the different number systems (binary, hex),
- explain the course of sampling the continuous signal
- explain the importance of stability,
- apply the Fourier transform.
Co-requisites
Planned learning activities and teaching methods
Assesment methods and criteria linked to learning outcomes
Solution of seven homework assignments max. 40 marks
Written examination max. 60 marks
Course curriculum
2. Fixed-point and floating-point representations, representations of negative numbers, properties of fixed-point digital signal processors.
3. Architecture of digital signal processors of the TMS320C6400 series by Texas Instruments, processor core, functional units, registers, specific instructions.
4. Address generation unit, modulo addressing mode.
5. Program structure and writing in assembler.
6. Program structure and writing in the C language, intrinsic functions, pragma directives, integrated development environment.
7. Program Controller, instruction pipeline.
8. Quantization effects on digital filters characteristics, limit cycles, optimization of digital filters in digital signal processors.
9. FIR and IIR digital filter implementation in digital signal processors.
10. Generation of harmonic signals and harmonic analysis, the Goertzel algorithm, implementation of the fast Fourier transform.
11. On-chip peripherals, DMA controller, interrupt controller.
12. External buses, external memory interface.
13. Floating-point digital signal processors.
Work placements
Aims
Specification of controlled education, way of implementation and compensation for absences
Computer exercises are obligatory
Individual project is obligatory
Written examination is obligatory
Recommended optional programme components
Prerequisites and corequisites
Basic literature
Recommended reading
Elearning
Classification of course in study plans
Type of course unit
Lecture
Teacher / Lecturer
Syllabus
2. Základy real-time operačního systému DSP/BIOS, vlákna, časovače, softwarová přerušení.
3. Vlastnosti A/D a D/A převodníků, připojení A/D, D/A převodníku, sběrnice SPI, McBSP.
4. Systém přerušení, obsluha přerušení, základy real-time operačního systému DSP/BIOS.
5. Kruhová vyrovnávací paměť, dvojitá vyrovnávací paměť, paměťový prostor, adresovací jednotka procesoru TMS320C6416.
6. Implementace základních algoritmů číslicového zpracování, úprava číslicových filtrů pro implementaci v pevné řádové čárce.
7. Algoritmy adaptivních filtrů, implementace adaptivních filtrů.
8. Generování a detekce harmonických signálů, implementace Goertzelova algoritmu.
9. Spektrální analýza, implementace rychlé Fourierovy transformace.
10. Rozdělení generací signálových procesorů, signálové procesorů s harvardskou architekturou.
11. Architektura VLIW, signálové procesory s pevnou řádovou čárkou TMS320C6400.
12. Optimalizace výpočetní náročnosti, princip SIMD, zřetězené zpracování instrukcí - pipelining, paměť CACHE.
13. Vývojové prostředky, ladicí nástroje, JTAG.
Exercise in computer lab
Teacher / Lecturer
Syllabus
2. Využití BSP knihovny, obsluha DIP přepínačů a LED diod.
3. Systém DSP/BIOS, základní prvky systému, vlákna, synchronizace vláken.
4. Komunikace s A/D převodníkem a D/A převodníkem pomocí McBSP sběrnice. Využití CSL knihovny.
5. Systém přerušení, komunikace s převodníkem s využitím přerušení.
6. Řadič DMA, nastavení přenosu pro McBSP port, přenos vzorků pomocí DMA kanálu.
7. Dvojitá vyrovnávací paměť, kruhová vyrovnávací paměť, řízení přístupu ke sdíleným proměnným v systému DSP/BIOS.
8. Jádro signálového procesoru, registry, aritmeticko-logické operace, formáty čísel, implementace lineární konvoluce (filtry typu FIR).
9. Implementace číslicových filtrů typu IIR, kanonické formy, rozdělení na sekce 2. řádu.
10. Implementace adaptivních filtrů, algoritmus LMS.
11. Generace harmonického signálu, Goertzelův algoritmus.
12. Rychlá Fourierova transformace, implementace motýlku.
13. Odevzdání samostatných projektů, zápočet.
Elearning