Цифровая обработка сигналов на ПЛИС

Данный курс знакомит с принципами и алгоритмами цифровой обработки сигналов на ПЛИС. Арифметика на ПЛИС, преобразования Фурье и основы спектрального анализа. Формирование цифровых фильтров. В данном курсе не рассматриваются особенности оцифровки сигналов.
Расчеты моделей цифровой обработки, формирование массивов исходных данных и проверка результатов выполняются на языке Python.
За рамками курса остаются методы быстрой передачи данных. Для передачи массивов данных в ПЛИС и обратно, используется последовательный интерфейс UART.

1. Введение в цифровую обработку сигналов
Основные положения дискретизации сигналов, спектрального анализа и явления алиасинга; теорема Найквиста — Котельникова.

2. Цифровая арифметика в ПЛИС
Арифметические операции: сложение, умножение сдвигом и по схеме Бо-Вули (матричный умножитель). Алгоритм деления чисел нацело с остатком. Использование спец блоков умножителей / делителей в ПЛИС.
Интерфейсы потоковой обработки
Принципы организации потоковой передачи данных; использование FIFO и протоколов Avalon-ST.

3. Верификация и совместное моделирование
Методы создания тестовых окружений, self-checking тестбенчей.
Оптимизация цифровых трактов и временной анализ
Методы конвейеризации, использование встроенных DSP-блоков; анализ временных характеристик проекта.

4. Дискретные преобразования (DFT, FFT)
Основные свойства дискретного преобразования Фурье и алгоритмов быстрого преобразования Фурье; архитектуры их реализации на ПЛИС.

5. Проектирование КИХ-фильтров
Методы представления коэффициентов цифровых фильтров в фиксированном формате; анализ погрешностей и снижения точности.

6. Проектирование БИХ-фильтров
Методы проектирования и реализации фильтров с бесконечной импульсной характеристикой; вопросы устойчивости.

7. Квантование коэффициентов фильтров
Методы синтеза и реализации фильтров с конечной импульсной характеристикой; анализ амплитудно-частотных характеристик.

8. Реализация алгоритма CORDIC
Методы вычисления тригонометрических функций и арктангенса на основе алгоритма CORDIC; цифровой синтез частоты.

9. Итоговый проект