Проект "Исследовательский компилятор - 2"

Информация о завершенной деятельности проекта

В настоящий момент работа проекта ведется в лаборатории Wireless Lab в рамках проекта DASPUD совместно с лабораторией ITLab.

DASPUD представляет собой измерительный прибор, способный вести сложную цифровую обработку входящей информации в режиме реального времени. DASPUD имеет несколько входных аналоговых и несколько входных цифровых каналов, также возможно использование выходных каналов. В качестве ядра DASPUD использована перепрограммируемая ПЛИС, содержащая сложные блоки преобразования информации и специализированный многоядерный процессор цифровой обработки информации. Программа преобразования входных сигналов программируется на аппаратном уровне ПЛИС, благодаря чему прибор способен длительное время функционировать без базовой ЭВМ и в ряде модификаций управлять контролируемым процессом с помощью выходных сигналов.

Пользователь прибора программирует DASPUD с помощью графического интерфейса, скрывающего подробности технической реализации прибора. Программирование прибора производится путём соединения и настройки стандартных блоков, поставляемых с программных обеспечением прибора. Состав блоков может расширяться в зависимости от потребностей пользователя.

Прибор соединяется с ПЭВМ с помощью проводного интерфейса RS-232/USB или беспроводного интерфейса Wireless USB.

В настоящее время можно выделить два основных пути развития измерительных технологий. Первый путь связан с разработкой специализированных приборов (осциллограф, анализатор спектра), ориентированных на выполнение двух-трех специфических задач. Основной недостаток подобных устройств: функциональность их жестко задана. Отсюда невозможность переконфигурирования системы для выполнения определенной измерительной задачи. Плюсом подобных устройств является: возможность анализировать сигналы в широкой полосе (сотни МГц), точность вычислений, высокая скорость обработки, позволяющая работать в режиме реального времени.

Второй путь развития связан со средствами измерений, построенными на базе персональных компьютеров (ПК). Такие системы включают в себя программные оболочки, предназначенные для сбора, обработки и визуального представления информации, и такие типы аппаратного обеспечения, как встраиваемые АЦП-ЦАП платы сбора данных либо внешние программно-управляемые модули предварительной обработки сигналов, осуществляющих обмен данными с ПК. Несомненным достоинством этих систем является то, что функциональность прибора полностью определяется пользователем. В его распоряжении находиться набор реализованных программно вычислительных методов, оперируя которыми, он может создать необходимую ему измерительную схему. Однако гибкость и многофункциональность подобных систем снижает их быстродействие и делает зависимыми от вычислительной мощности ПК.

• Создание мультитредовой вычислительной платформы, предназначенной для высокопроизводительной цифровой обработки сигналов и массивов данных.
• Создание конкурентноспособного измерительного прибора с программируемой архитектурой на базе современных ПЛИС.
• Лабораторный практикум студентов радиофизического факультета и факультета вычислительной математики и кибернетики по проектированию систем цифровой обработки сигналов на устройствах программируемой логики

Руководители:

• Дмитрий Рагозин (Intel)
• Алексей Умнов (WL)

Студенты:

• Нина Гонова (ITLab) - создание пользовательского интерфейса, пользовательская логистика, компиляторские задачи
• Николай Молков (WL) - общее руководство, разработка концепции, разработка процессорной архитектуры, алгоритмы цифровой обработки сигналов
• Максим Соколов (WL) - разработка концепции, разработка процессорной архитектуры, Verilog-VHDL аппаратная реализация компонент
• Даниил Святошенко (WL) - Verilog-VHDL аппаратная реализация компонент, синтез, отладка
• Дмитрий Хизбуллин (WL) - Verilog-VHDL аппаратная реализация компонент, синтез, отладка, разработка печатных плат
• Алексей Бакин (WL) - реализация некоторых компонент ЦОС на программном уровне, создание интерфейса пользователя

• Разработан прототип устройства, на котором осуществляются натурные эксперименты по проверке и отладке алгоритмов. Он включает в себя ПЛИС - одну из последних разработок фирмы Xilinx – Virtex 4, а также два канала аналого-цифрового преобразования.
• Исследован ряд архитектур, возможных для выполнения поставленной задачи.
• Ряд публикаций и выступлений на российских и международных конференциях.
• Накоплена база исходных кодов (IP-cores), представляющих собой архитектурные модули, выполняющие те или иные задачи.

• Текущие исследования сконцентрированы на доработке и составлении проектной документации первичной двухпроцессорной архитектуры. Данная архитектура включает в себя центральный процессор (ЦП), который представляет собой типичный RISC-процессор в простейшем его виде, и специализированный процессор цифровой обработки сигналов (ПЦОС) с системой SSE-команд. Таким образом, вычислительная нагрузка распределяется, исходя из типа алгоритма. Детерминированные алгоритмы, такие, как быстрое преобразование Фурье, операции, основанные на вычислении свертки, будут выполняться в ПЦОС, где, благодаря его архитектуре, возможно выполнение четырех операций умножения с накоплением за один такт. Вариационные же задачи (например, поиск минимума) будут возлагаться на ЦП. Также в первоначальном варианте его (ЦП) задачей будет коммутация потоков данных.
• В данный момент утверждена архитектура и ведется разработка системы команд, синтез системы и тестирование ее в системе моделирования ModelSim. Данный этап работ планируется закончить к концу ноября 2006 года.
• Также в настоящий момент ведется разработка пользовательского интерфейса и разработка системы, обеспечивающей передачу данных через COM-порт.

• Н.П. Молков, М.А. Соколов, Ю.В. Ушаков, М.А. Шуралев МНОГОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ. Труды научной конференции по радиофизике, ННГУ, 2005
• Н.П. Молков МНОГОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ. Сборник материалов Всероссийского конкурса инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению развития науки и техники «Информационно-телефоммуникационные системы». Под ред. А.О. Сергеева-М.: ГНИИ ИТТ «Информика», 2005
• Молков Н.П., Соколов М.А. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ БЛОК ПЕРЕКОНФИГУРИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ НА ПЛИС. Труды Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи имени А.С.Попова. Серия: Цифровая обработка сигналов и ее применение. Выпуск: VIII-2, Москва-2006, с. 568
• Н.П.Молков, М.А.Соколов, Д.Е.Святошенко, Д.В.Синельников МУЛЬТИТРЕДОВАЯ ПЛАТФОРМА ОБРАБОТКИ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ. Труды научной конференции по радиофизике, ННГУ, 2006
• Nikolay P. Molkov, Maxim A. Sokolov, Alexey L. Umnov, Dmitry V. Ragozin DASPUD: a configurable measurement device. IEEE East-West Design & Test Workshop (ENDTW'06), 2006. To appear.

• Научная конференция по радиофизике, 2005
• 8-я Международная конференция и выставка «ЦИФРОВАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ», 29-31 марта 2006, Москва
• IEEE East-West Design & Test Workshop (ENDTW'06), 2006
• Научная конференция по радиофизике, 2006