Traitement numérique du signal sur FPGAs
Ce cours de 3 jours présente les fondamentaux de traitement numérique du signal (DSP) pour une implémentation sur un FPGA. L'accent sera mis sur le coût, incluant les ressources et les performances, associé à l'implémentation de diverses techniques et algorithmes de traitement du signal. Les thèmes comprennent :
- Introduction au matériel et à la technologie FPGA pour les applications de traitement numérique du signal
- Arithmétique en virgule fixe
- Techniques de graphes de flux de signal
- Génération de code HDL pour FPGAs
- Implémentation de la Transformée de Fourier Rapide (FFT)
- Conception et implémentation de filtres FIR, IIR et CIC
- Algorithme CORDIC
- Conception et implémentation d'algorithmes adaptatifs tels que les algorithmes LMS et QR
- Techniques de synchronisation et rétablissement du timing de communications numériques
Pré-requis
Traitement numérique du signal sur FPGAs
Pré-requis
Jour 1 | |
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Introduction au matériel DSP FPGA | Objectif: Introduire le traitement numérique du signal et les FPGA. Comprendre l'architecture globale des FPGA et pourquoi les FPGAs ne sont adaptés qu'à l'implémentation d'algorithmes DSP.
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Algorithme de systèmes DSP linéaires | Objectif: Revoir les concepts fondamentaux du théorème d'échantillonnage, la quantification, l'analyse de Fourier et la conception de filtre numérique.
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Technologie FPGA | Objectif: Explorer les différentes familles et architectures de FPGA Xilinx. Introduction aux FPGAs Spartan 3 et Virtex-5.
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Eléments de FPGA pour les algorithmes DSP | Objectif: Comprendre les tranches DSP, les ressources d'horloge et la consommation d'énergie.
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Arithmétique DSP essentielle | Objectif: Comprendre l'arithmétique en virgule fixe binaire. Associer les opérations arithmétiques au matériel FPGA Xilinx.
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Techniques de Signal Flow Graph (SFG) | Objectif: Revoir la représentation des algorithmes DSP en utilisant le graphe de flux de signal. Utiliser la méthode de Cut Set pour améliorer les performances temporelles. Implémenter des filtres FIR parallèles et séries.
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Jour 2 | |
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Traitement dans le domaine fréquentiel | Objectif: Discuter la théorie et l'implémentation FPGA de la Transformée de Fourier Rapide (FFT).
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Traitement de signaux à taux multiples pour FPGAs | Objectif: Développer une structure polyphasée pour une implémentation efficace d'un filtre multi-taux. Utiliser le filter CIC pour l'interpolation et la décimation.
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Techniques CORDIC | Objectif: Introduire l'algorithme CORDIC pour le calcul de diverses fonctions trigonométriques.
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Jour 3 | |
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Algorithmes et applications DSP adaptifs | Objectif: Introduire l'algorithme LMS pour le traitement de signal adaptatif. Illustrer l'algorithme QR comme une technique de moindre carrés récursifs (RLS) et pourquoi il est particulièrement adapté pour l'implémentation sur FPGA.
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Communications DSP actives et FPGAs | Objectif: Revoir la modulation quadrature et la formation d'impulsions. Discuter l'implémentation d'oscillateurs numériquement contrôlés.
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Problèmes de synchronisation et de timing | Objectif: Traiter la récupération des symboles de timing, la récupération de phase de porteuse, la récupération de fréquence de porteuse et la synchronisation de trame.
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