Kursplan för Konstruktion av DSP-system

Kursplan fastställd 2021-02-26 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnImplementation of digital signal processing systems
  • KurskodMCC150
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPEES
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeDatateknik, Elektroteknik
  • InstitutionMIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 15115
  • Max antal deltagare20
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0118 Projekt 4 hp
Betygsskala: TH		0 hp0 hp0 hp4 hp0 hp0 hp
0218 Laboration 3,5 hp
Betygsskala: UG		0 hp0 hp0 hp3,5 hp0 hp0 hp

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Rekommenderade förkunskaper:
  • MATLAB och grunder i signalbehandling, som transformer och filtrering (t.ex. SSY130 Applied signal processing)
  • Grundläggande kunskaper i kommunikationssystem (t.ex. Digital communication SSY125)
  • VHDL/Verilog och FPGA-system (t.ex. EDA322 Digital design eller/och DAT094 Konstruktion av digitala elektroniksystem).
  • Koncept kring AD-omvandling (t.ex. DAT116 Mixed-signal system design)

Syfte

Vi lever i en tid där mer och mer information genereras, lagras och presenteras i ett digitalt format: text, ljud, bilder, video, ja till och med valutor. Digital signalbehandling (DSP) är en teknik som inte bara stöder vår nuvarande livsstil, utan den kommer att bli ännu viktigare i framtiden. Genom att använda olika designmetoder kan DSP-system implementeras på olika elektronikplattformar; från programvara inuti en dator, till applikationsspecifika integrerade kretsar (ASICs) i en mobiltelefon. Vilken implementeringsplattform som ska användas och vilken designmetod som ska användas, dessa val beror på DSP-algoritmen och kraven från applikationen.

Det första syftet med kursen är att introducera studenter till implementation av DSP-system på olika plattformar, t.ex. Field Programmable Gate Arrays (FPGA), programmerbara signalprocessorer och ASICs. Det andra syftet är att introducera konstruktionsflöden som gör det möjligt för konstruktörer att göra avvägningar, t.ex. mellan prestanda och effektförbrukning, under implementeringen av DSP-algoritmer. Specifikt kommer vi att behandla DSP-implementering med hjälp av FPGAer (t.ex. Altera eller Xilinx), för några utvalda systemapplikationer (t.ex. trådlös kommunikation, fiberkommunikation och radar). Visserligen ligger fokus på laborationer och designprojekt på FPGAer, men även DSP-implementering med hjälp av signalprocessorer och ASICs kommer också att diskuteras och de tre olika plattformarna kommer att jämföras och kontrasteras.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

- Beskriva ett typiskt designflöde för DSP-system, beaktande olika plattformar för DSP-implementering (t.ex. ASIC, FPGA, signalprocessor och GPU) och implementeringsaspekter som parallellism, pipelining och s.k. fixed-point tal
- Beskriva och analysera grundläggande DSP-block, t.ex. FIR-filter, FFT-block, block för direkt digitalsyntes (DDS), adaptiva filter, equalizers och block för återvinning av signaler
- Beskriva hur en DSP-funktion kan implementeras med olika hårdvaruresurser och förklara avvägningen mellan prestanda och resurser
- I MATLAB utveckla modellkomponenter som motsvarar hårdvarublock, för att simulera och optimera DSP-kretsar och system
- Använda professionella datorbaserade verktyg för DSP-konstruktion, simulering, implementering, felsökning och slutlig implementering på FPGA-kort för att genomföra signalbehandling i realtid
- Utvärdera DSP-algoritmer och deras implementeringar med avseende på, exempelvis, kiselyta, datatakt, datafördröjning och effektförbrukning
- Resonera kring a) fördelar och begränsningar med att implementera DSP med hjälp av FPGAer, b) de viktigaste designavvägningarna kring denna typ av konstruktion, samt c) den prestanda som kan förväntas vid användning av FPGAer jämfört med signalprocessorer jämfört med ASICs

Innehåll

Grundläggande begrepp som sampling, kvantisering och filtrering. Talrepresentation och aritmetik för DSP. Hårdvarustrukturer för filter och FFT. Hårdvaruparallellism och pipelining för att öka datatakten. DSP-implementering för FPGA-arkitekturer. Delsystem för DSP, som direkt digitalsyntes (DDS), equalizers och block för signalåtervinning, och deras FPGA-implementeringar. Designöverväganden, inklusive analog-digital konvertering, för realtids-kommunikationssystem på FPGA-kort. Fallstudier/gästföreläsningar om applikationer, som kan innefatta trådlösa system, fiberoptiska system och radarsystem.

Organisation

Föreläsningar: Dessa beskriver DSPns roll i olika tillämpningar och ger diverse tillämpningsexempel. De kommer också att introducera den teoretiska bakgrund som behövs för DSP-implementering och tillhandahålla exempel på DSP-implementering.

Laborationer: Dessa ger praktisk träning på hur man använder datorbaserade verktyg för DSP-konstruktion. Med stöd från ett laborationskompendium, kommer studenterna att genomföra en konstruktionsuppgift och verifiera DSP-implementeringen med hjälp av såväl simuleringar som test i hårdvara.

Designprojekt: Studenterna arbetar i grupp för att konstruera ett DSP-system på en FPGA-plattform för att uppnå viss prestanda. Studenterna kommer att få handledning under projektet.

Litteratur

Förutom kursspecifika kompendier innefattar kurslitteraturen kapitel från följande böcker:

- Uwe Meyer-Baese, Digital Signal Processing with FPGA, 4th ed., Springer 2014
- Dejan Markovic and Robert W. Brodersen, DSP Architecture Design Essentials, Springer 2012

Examination inklusive obligatoriska moment

Det finns två moment i kursen: laborationer och ett designprojekt.

Laborationer (UK eller GK): Dessa inkluderar guidade laborationer och hemuppgifter.

Designprojekt (UK, 3, 4 eller 5): Studenterna kommer att arbeta i grupper för att implementera ett DSP-system för en viss applikation. Studenterna behöver designa, verifiera och demonstrera en fungerande prototyp av ett DSP-system, samt presentera sitt arbete som en vetenskaplig rapport. Här kommer betyget att baseras på varje students individuella prestation samt prestationen som medlem i projektgruppen.

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.