نکات پردازش سیگنال با FPGA
انجام پروژه پردازش سیگنال میتواند با پردازنده های مختلف در کامپیوتر یا روی بردهای الکترونیکی انجام گیرد. ما در گروه مهندسی آریادنا پردازش سیگنال را با نرم افزار Matlab، پردازنده ARM و یا FPGA به انجام می رسانیم. همچنین میتوان پردازش سیگنال را با گرفتن داده ها در سخت افزار و انتقال آنها به نرم افزار، در کامپیوتر پردازش کرد.
در گذشته های دور سیگنال هایی که نیاز به پردازش داشتند نهایتا نوشته ها بودند یا دودی که به معنای خاصی از دور پخش میشد (به عنوان مثال دود جهت علامت دادن برای شروع جنگ). با گذشت زمان و عصر ارتباطات و گسترش اینترنت، شبکه های اجتماعی و اینترنت اشیا سیگنال ها، در نتیجه پردازش سیگنال افزایش یافت.
بررسی چند مورد در پردازش سیگنال
دو اصل در پردازش سیگنال
اولین اصل که باید در انجام پروژه پردازش سیگنال در نظر بگیرید داده های ورودی هستند. همانطور که میدانید داده برداری باید طبق اصل نایکوئیست انجام گیرد. در پروژه هایی که سخت افزار را ما انتخاب میکنیم مناسبترین سخت افزار مورد انتخاب قرار میگیرد اما زمانی که داده ها از پیش آماده باشند این مسله باید مد نظر قرار گیرد.
دومین اصل محیط کار صنعتی و نویزهای ورودی به سیستم است که باید کارفرما حداقل تعریف کلی از آن ارائه کند. نویز میتواند گاهی اوقات عملکرد کل سیستم را از بین ببرد و از هرجایی ممکن است به سیستم وارد شود. سیگنال بدون نویز مربوط به کتاب ها است، در دنیای واقعی اول نویز وجود دارد بعد سیگنال.
فیلتر
هر سیگنالی که مورد نظر ما نباشد، نویز محسوب میشود. مثلا وقتی شما در حال ارائه یک مطلب در یک جمع هستید صحبت کردن دیگران نویز است. در انجام پروژه پردازش سیگنال با FPGA هم نهایت سعی بر آن است که نویز به حداقل برسد.
جهت کاهش نویز از فیلتر استفاده میشود و این فیلتر میتواند از هر نوعی باشد، پایین گذر ، میان گذر، فلفل نمکی، تصحیح شونده و ….
ما در گروه مهندسی آریادنا جهت انجام پروژه های پردازش سیگنال در متلب، پایتون، FPGA، ARM و دیگر پردازنده ها با طراحی انواع فیلتر سعی در کاهش نویز و بهینه سازی سیگنال ها داریم.
هزینه انجام پروژه پردازش سیگنال
پروژه پردازش سیگنال میتواند طیف متفاوتی داشته باشد. میتواند ساده باشد مانند گرم نگه داشتن دمای یک محیط با روشن خاموش کردن هیتر برقی، یا میتواند بسیار پیچیده باشد مانند رمزگشایی ارز دیجیتال یا تشخیص نوع ماده در اعماق زمین در اکتشاف نفت.
قیمت پروژه به موارد زیر ارتباط پیدا خواهد کرد.
1- نوع پردازنده
2- زمان اجرای پروژه
3- دقت درخواستی
4- پروتوکل های ارتباطی
5- نیاز به مشاوره(مثلا پروژه در زمینه هوافضا است و نیاز به مشورت با متخصص دارد).
6- نیاز به هماهنگ شدن پروژه با سیستم های خاص
و موارد دیگر مورد نظر کارفرما
چه زمانی برای انجام پروژه پردازش سیگنال از FPGA استفاده کنیم؟
برای این منظور باید به تفاوت FPGA با دیگر پردازنده ها در انجام پروژه پردازش سیگنال پرداخت.
در اینجا سعی میکنیم خصوصیات اصلی که تقریبا شامل همه ی FPGA ها میشود بپردازیم.
1- عرض بیت
FPGA محدود به عرض بیت خاصی نیست. به عنوان مثال در یک پروژه داده ها 28 بیتی هستند بدین منظور انجام پروژه پردازش سیگنال با FPGA ،از نظر منابع سخت افزاری بسیار به صرفه تر خواهد بود. اگر همین پروژه با پردازنده های دیگر بخواهد انجام شود در بهترین حالت باید 32 بیت انجام شود. و همانطور که در مدارهای منطقی بیان میشود یک داده 32 بیتی 16 برابر بزرگتر از یک داده 28 بیتی است.
با این حساب شما 15 واحد سخت افزار را به هدر داده اید تا از یک واحد آن استفاده کنید. در واقع یک داده باینری 17 بیتی دو برابر یک داده 16 بیتی است و همینطور یک داده 18 بیتی 4 برابر یک داده 16 بیتی است و … در این مورد میتوانید از اینجا بیشتر مطالعه کنید.
2- پردازش موازی
همانطور که میدانید یک هسته ی پردازنده در هر لبه ی کلاک فقط توانایی انجام یک دستور را دارد. به همین منظور از cpu های چند هسته ای استفاده میشود. این در حالی است که در انجام پروژه پردازش سیگنال با FPGA میتوان همزمان چندین دستور را به انجام رساند (بسته به نوع برنامه میتواند تعداد پردازش های موازی متفاوت باشد).
3-پردازش بلادرنگ در انجام پروژه پردازش سیگنال
گاهی در برخی پروژه ها نیاز به آن است که داده ها به صورت آنی پردازش شوند. به عنوان مثال در پروتوکل های پولی و بانکی نیاز به آن است که امنیت در لحظه بررسی شود.
پردازش بلادرنگ را میتوان در FPGA و ASICها دید. اما بدی ASIC ها آن است که یک بار برای همیشه طراحی میشوند. به عبارتی سخت افزار FPGA قابل تغییر است، برعکس ASICها.