Сравнительный анализ производительности процессоров для задач цифровой обработки сигналов.|
К. Жучков, С. Хоружий, Е. Чепель Сравнительный анализ производительности процессоров для задач цифровой обработки сигналовВ статье рассматриваются тестирование и сравнительный анализ производительности процессоров, применяемых при решении задач цифровой обработки сигналов (ЦОС). Предлагаются альтернативные варианты построения комплекса ЦОС на базе процессоров с описанием преимуществ и недостатков каждого варианта. Приводятся результаты сравнения производительности процессоров при решении задач фильтрации, спектрального и корреляционного анализа. ВведениеТрадиционно, задачи цифровой обработки сигналов реального времени, для которых требуются значительные вычислительные мощности (спектральный анализ, корреляция, демодуляция, декодирование и др.) решались и решаются с помощью модулей ЦОС, содержащих высокопроизводительные сигнальные процессоры и ПЛИС. Такой подход позволяет высокую скорость потока данных оставить до ЭВМ, и предоставить последней заниматься свойственными ей функциями: ведением баз данных, статистической обработкой, выводом информации на монитор и печать и т.п. При этом разработчику модуля ЦОС приходится решать непростые задачи выбора ПЛИС (Xilinx, Altera и др.) и сигнального процессора (Texas Instruments, Analog Devices, Motorola и др.), а также распределения алгоритма ЦОС между ними. Таким образом, задача оптимизации реализации проекта при фиксированном алгоритме ЦОС уже является многопараметрической. Успехи последних лет в области процессоров со сложным набором инструкций (Complex Instruction Set Computer - CISC), которые демонстрировали компании Intel и AMD, и появление библиотек функций цифровой обработки сигналов, оптимизированных под архитектуру этих процессоров, например Intel Integrated Performance Primitives (IIPP), добавили ещ╦ одну степень свободы при выборе вариантов построения комплекса ЦОС. Однако подход, основанный на применении в качестве платформы ЦОС CISC-процессора, требует высоких скоростей ввода данных в память ЭВМ (например, через PCI). Немаловажным оказывается и тот факт, что для добавления ещ╦ одного канала обработки приходится вместо компактного модуля ставить целых два компьютера и локальную вычислительную сеть для решения задач сопряжения между каналами, так как процессор компьютера обработки работает на максимуме свой производительности и ничего кроме решения задачи ЦОС делать не успевает. Стоимость такого комплекса при увеличении количества каналов обработки растет отнюдь не в арифметической прогрессии. В настоящее время имеются публикации, например [1-3], в которых проводится сравнение производительности CISC и различных цифровых сигнальных процессоров при выполнении конкретных математических операций (FIR- фильтры, быстрое преобразование Фурье, БПФ, и т.п.). Результатом таких сравнений является вывод о том, что последнее поколение процессоров Intel незначительно уступает последнему поколению процессоров TI. При таком тестировании не учитываются накладные расходы, связанные, например, с получением данных, а измеряется лишь время выполнения функции ЦОС, что является некорректным, так как при решении реальных задач ЦОС неучет влияния шины на скорость процессора недопустим. Целью настоящей работы является проведение сравнения производительности CISC и цифровых сигнальных процессоров в рамках реального комплекса ЦОС при решении ими одинаковых задач. Альтернативные варианты построения комплекса ЦОСВ качестве задачи, на примере которой можно провести сравнение вариантов построения комплекса ЦОС, выберем реализацию канала приема с быстродействующей цифровой обработкой входного потока принимаемых сигналов в реальном времени для обнаружения импульсов сигналов и сосредоточением всей обработки по разработанным алгоритмам именно этих участков сигналов. Сравнительный анализ производительности CISC и цифровых сигнальных процессоров проводится для трех возможных вариантов построения комплекса ЦОС, решающих поставленную задачу. Рассматриваемые варианты комплексов ЦОС отличаются типом процессора, используемого в блоке обработки. Такой подход при инвариантных алгоритмах обработки позволяет обеспечить одинаковые условия использования процессоров. При рассмотрении каждого варианта построения комплекса ЦОС можно выделить два блока: блок обнаружения и блок обработки. Блок обнаружения строится на базе модуля с цифровым процессором обработки сигналов TMS320C6701 и модуля АЦП на базе ПЛИС Хilinx Virtex II с буфером объемом 8 млн. отсчетов и остается неизменным для каждого варианта. В качестве первого варианта блока обработки предлагается схема комплекса ЦОС, построенного на базе цифрового сигнального процессора TMS320C6701 как процессора обработки, представленная на рис. 1. С выхода приемника сигнал поступает на входы АЦП обнаружения и обработки. После аналого-цифрового преобразования сигнал синхронно записывается во внутренний буфер как АЦП обнаружения, так и АЦП обработки. Обнаружение радиоимпульса во входном потоке данных происходит в модуле цифровой обработки сигналов TORNADO-P6701 (TP6701) компании "МикроЛАБ Системс" (http:\\www.mlabsys.com) на базе цифрового сигнального процессора TMS320C6701. Модули ЦОС TORNADO представляют собой очень удобный "конструктор ЦОС", включающий в себя динамическую (SDRAM), синхронную блоковую (SBSRAM), двухпортовую (DPRAM) память, а также последовательный (SIOX) и параллельный (PIOX) интерфейсы ввода/вывода. При обнаружении радиоимпульса передается целеуказание в аналогичный модуль DSP TP6701 посредством мультиканального последовательного буферизованного порта (McBSP), используя интерфейс SIOX. При получении целеуказания производится считывание данных (временных отсчетов) из буфера АЦП обработки посредством интерфейса PIOX (рис. 1). Алгоритмы обнаружения, оптимизированные для процессора С6000, достаточно полно изложены в работе [4]. В DSP обработки проводится регистрация фрагмента сигнала с обнаруженным импульсом и его обработка по приведенным ниже алгоритмам. Рисунок 1. Схема комплекса ЦОС на базе процессора обработки TMS320C6701 (первый вариант)
Второй вариант схемы комплекса ЦОС на базе процессора TMS320C6416 получен путем замены в предыдущей схеме (рис. 1) модуля TP67 на TP64. Схема данного комплекса ЦОС представлена на рис. 3. C учетом того, что архитектура внутренней и внешней периферии процессора претерпела изменения при трансформации от С6701 к С6416, различие в модулях сводится не только к замене процессора. Отдельно стоит отметить использование различных шин (EMIF A и EMIF B) для подключения внешней памяти и интерфейсов. Алгоритм работы комплекса ЦОС в этом варианте подобен предыдущему. Получение целеуказаний от подсистемы обнаружения осуществляется посредством одного из McBSP. Чтение данных из буфера АЦП подсистемы обработки производится через интерфейс PIOX. Далее проводится обработка обнаруженного импульса в DSP обработки. Рисунок 2. Система ЦОС TORNADO-P6416
Рисунок 3. Схема комплекса ЦОС на базе процессора TMS320C6416 (второй вариант)
Наконец, в третьем варианте построения комплекса ЦОС, представленном на рис. 4, в блоке обработки используется центральный процессор Host-машины. В данном варианте построения комплекса при обнаружении радиоимпульса, посредством шины PCI, подсистемой обнаружения передается целеуказание в подсистему обработки. При получении целеуказания, производится считывание данных (временных отсчетов) из буфера АЦП обработки через шину PCI в ОЗУ Host-машины (рис. 4). В рассматриваемом варианте построения комплекса обработка полученных из АЦП данных проводится центральным процессором Host-машины. В качестве Host-машины в данном варианте реализации комплекса ЦОС используется сервер на базе материнской платы (Intel SE7501BR2) с двумя процессорами Intel Xeon 2,4 ГГц - 1 ГБайт оперативной памяти DDR 266. Рисунок 4. Схема комплекса ЦОС на базе процессора обработки Intel Xeon (третий вариант)
Тестирование и сравнительный анализДля того чтобы исключить вопросы, связанные с оптимальностью реализации кода для того или иного процессора, мы при тестировании производительности остановили свой выбор на алгоритмах, которые, с одной стороны, целиком реализованы в виде функций библиотек разработчиков процессоров, а с другой стороны, вполне могут быть использованы как самостоятельные алгоритмы ЦОС для получения конкретных радиотехнических характеристик сигнала. В качестве таких алгоритмов выбраны оптимальная фильтрация с использованием FIR-фильтра, спектральный анализ с помощью БПФ, корреляционный анализ с помощью функции взаимной корреляции. Для альтернативных вариантов построения комплекса ЦОС проводился сравнительный анализ производительности процессоров обработки сигналов. С целью такого анализа измерялось время вычисления работы FIR-фильтра с 35 отводами по 1024 отсчетам буфера с реализацией сигнала, вычисления БПФ 1024 комплексных отсчетов сигнала и расчет корреляционной функции 1024-точечного сигнального буфера и 1024-точечного массива отсчетов шаблонной функции. Здесь важно отметить, что работа процессоров обработки сигналов происходила параллельно с передачей данных: через интерфейс PIOX посредством канала прямого доступа к памяти (DMA) в случае первого и второго вариантов построения комплекса ЦОС и посредством режима "BUSMASTER" контроллера PCI - в третьем варианте. Результаты проведенного тестирования и измерения времени выполнения программ по описанным алгоритмам приведены в таблице. Причем функции, реализующие перечисленные выше математические операции, взяты из специализированных библиотек для соответствующих процессоров: DSPLIB фирмы TI для процессоров TMS320C6000 и Intel Integrated Performance Primitives 3.0 для процессоров Intel. Функции этих библиотек оптимизированы под архитектуру конкретного цифрового сигнального процессора. Представленные результаты сравнения производительности процессоров в таблице показывают, что, во-первых, специализированная архитектура цифрового сигнального процессора TMS320C6416, которая обеспечивает оптимальное вычисление математических операций, характерных для цифровой обработки сигналов, позволяет решать задачи ЦОС эффективнее, нежели архитектура CISC-процессора (сравним тактовые частоты 600 МГц и 2,4 ГГц). Во-вторых, доступ к памяти посредством канала DMA у процессоров TMS320C6000 не влияет на скорость их работы, в то время как производительность пары процессоров Intel Xeon падает почти в два раза. Можно также отметить существенный прогресс в области цифровых сигнальных процессоров при переходе от С6701 с тактовой частотой 166 МГц к С6416 с тактовой частотой 600 МГц. Генеральная линия Texas Instruments, нацеленная на тактовую частоту 1,1 ГГц, подтверждает перспективность использования семейства С64xx. ЗаключениеПредставлены три варианта построения комплекса ЦОС, отличающиеся процессором обработки сигналов (C6701, C6416, Intel Xeon). Проведено сравнение производительности процессоров обработки сигналов в рамках представленных вариантов на примере решения задач фильтрации, спектрального и корреляционного анализа. Результаты измерений показали, что производительность комплекса ЦОС на базе процессора TMS320C6416 практически в два раза выше производительности комплекса с двумя процессорами Intel Xeon. Таблица. Результаты тестирования процессоров обработки сигналов
Литература
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
edueslob пишет... https://edmedicationsus.ru>выполнение контрольных работ
11/06/2020 14:49:13 |
|
edueslob пишет... https://edmedicationsus.ru - решение контрольных
23/06/2020 08:35:01 |
|
BobbyChert пишет... Только самые лучшие и эффективные методы и способы продвижения
18/09/2020 16:18:45 |
|
EdwardQuoro пишет... Здравствуте! Нашел в интернете сайт с интересными видео. Занятно. Хочу поделиться
23/03/2021 16:27:02 |
|
leu пишет... Интернет-реклама по праву стала одним из основных инструментов продвижения товаров в свой черед услуг на сегодняшний день. Во многих странах расходы всегда распространение в Интернете или Интернет-маркетинг превышают расходы до гроба наружную рекламу, рекламу в печатных СМИ вдобавок рекламу всегда телевидение. в свой черед это конечно оправдано, за примером далеко ходить не надо до какой мере стремительный рост количества пользователей сетью Интернет создает благоприятные условия для развития Интернет-коммерции. Интернет в свой черед электронные артос коммуникаций позволяют несравненно сократить время перманентно поиск равным образом обработку информации необходимой для совершения покупки. сегодня покупателям не есть смысл ходить по выставкам и магазинам, чтобы найти необходимый товар и привлекательные условия покупки. Покупателю за глаза станет ввести интересующий концентрирование в поисковой системе, впоследствии времени наметить несколько компаний, из числа первых в результатах поиска, чтобы сделать анализ предложений в свой черед получить заказ. А продавцам товаров вдобавок услуг, вот и все, чтобы наладить продажи, стоит:
03/03/2022 10:24:09 |
|
udp пишет... Интернет-реклама по праву стала одним из основных инструментов продвижения товаров как и услуг повсечастно сегодняшний день. Во многих странах расходы повсечастно продвижение в Интернете или Интернет-маркетинг превышают расходы в любой момент наружную рекламу, рекламу в печатных СМИ и рекламу в любой момент телевидение. также это конечно оправдано, на выдержку до чего стремительный рост количества пользователей сетью Интернет создает благоприятные условия для развития Интернет-коммерции. Интернет и электронные средства коммуникаций позволяют несравненно сократить срок на поиск равным образом обработку информации необходимой для совершения покупки. Теперь покупателям не достаточно ходить по выставкам и магазинам, чтобы найти необходимый товар как и привлекательные условия покупки. Покупателю ублаготвореннно ввести интересующий обращение в поисковой системе, а там подобрать несколько компаний, из числа первых в результатах поиска, чтобы сделать анализ предложений также намолотить заказ. А продавцам товаров как и услуг, равным образом, чтобы наладить продажи, стоит:
08/03/2022 11:38:00 |
|
Oliverysb пишет... Отлично блог здесь! Также ваш веб-сайт совсем немного очень быстро! Какой хост вы используете? Могу ли я получаю ваш партнер гиперссылку на ваш хост? Я желаю, чтобы мой веб-сайт загружался так же быстро, как ваш, лол
17/04/2023 19:52:35 |
|
FrankNal пишет... Стилист, дизайнер и байер Евгений Моросников, который одевает российских селебрити, создал собственную линию одежды by Morosnikov. Ее уникальность, по словам мастера, заключается в универсальности: эта одежда идеально впишется в гардероб практически любого человека.
15/05/2023 10:11:45 |
|
Timmyzoort пишет... Вавада казино является лидером и входит в топ 10 лучших казино России. Хорошее казино то, которому доверяют клиенты. Уамада
31/05/2023 12:56:14 |
|
Timmyzoort пишет... Официальный сайт предлагает тысячи игр, которые могут похвастаться качеством и разнообразием. Это основные причины, по которым
07/07/2023 11:58:16 |
|
Oliverhkv пишет... Замечательный ритм! Я хотел бы стать учеником, пока вы изменяете свой сайт, как могу я подписаться на блог веб-сайт? Аккаунт помог мне в приемлемой сделке. Я был немного знаком с этой вашей трансляцией, предложенной яркой ясной идеей
12/07/2023 09:18:39 |
|
Robertxkn пишет... замечательно опубликовать, очень информативно. Интересно, почему противоположные эксперты этого сектора не замечают этого. Вы должны продолжать писать. Я уверен, уже есть огромная читательская база!
12/07/2023 22:30:22 |
|
Oliverabj пишет... просто желаю сказать, что ваша статья такая же удивительная. Четкость для вашего отправить просто приятный и я могу думать вы эксперт в этом предмете. Хорошо вместе с вашим разрешением позвольте мне вырвать ваш RSS-канал, чтобы остаться обновлять с приближающимся сообщением. Спасибо один миллион и, пожалуйста, продолжайте в том же духе вознаграждающую работу.
15/07/2023 05:23:46 |
|
Olivervhh пишет... У вашего блога есть контактная страница? Мне трудно найти ее, но я хотел бы отправить вам письмо. У меня есть несколько предложений для вашего блога, которые вам было бы интересно услышать. В любом случае, отличный сайт, и я с нетерпением жду, чтобы увидеть его совершенствование со временем.
31/08/2023 09:49:51 |
|
Edwardoaxw пишет... Это будет конец моего дня, однако до конца я читаю эту фантастическую статью для улучшения моего знаний.
08/09/2023 07:43:41 |
|
Arnoldosnz пишет... Прочитав это я думал, что это действительно информативно. Я ценю, что вы нашли время и энергию, чтобы собрать воедино эту информативную статью. Я снова обнаруживаю, что я трачу значительное количество времени как на чтение, так и на оставление комментариев. Но что с того, это все равно стоило!
10/09/2023 00:32:35 |
|
Odellnrf пишет... Я просто не мог уйти с вашего веб-сайта до того, чтобы предположить, что мне чрезвычайно понравилось стандартный информация частное лицо предоставление для вашего гостям? собирается снова непрестанно для того, чтобы проверить новые сообщения
10/09/2023 06:26:42 |
| Ваш комментарий к статье | ||||
