본 논문에서는 기존의 설계 방법의 문제점을 해결하기 위한 설계 방법인 플랫폼 기반 설계에서 사용할 수 있는 DSP 기반 플랫폼을 구현하였다. 구현된 DSP 기반 플랫폼을 AMBA AHB 버스를 바탕으로한 듀얼프로세서 플랫폼과 crossbar switch 구조의 버스 구조를 가지고 4개의 프로세서를 연결한 멀티프로세서 플랫폼으로 확장하여 검증함으로서 이질적인 환경에서 동작함을 나타내었다. 멀티프로세서 플랫폼에서는 DVB-T baseband 수신기를 HW/SW 분할 구현하고 성능 평가를 수행하였다. DSP 기반 플랫폼은 유연성, 확장성, 고속의 연산의 특징을 가진다.
디지털 신호처리용 응용 프로그램의 복잡도가 증가햐면서, 효율적인 컴파일러를 지원하는 DSP 프로세서 구조의 필요성이 증대되고 있다. 많은 범용 레지스터와 직교적(orthogonal)인 명령어 집합을 가지는 RISC프로세서 구조에 메모리 오퍼랜드, 전용 어드레스 계산 유닛, 단일 사이클 MAC 명령어, zero-overhead 하드웨어 루프 등 DSP 프로세서의 구조적 특징을 가하여 효율적인 컴파일러를 가지는 고성능의 RISC 기반 DSP를 구현할 수 있다. 본 논문에서는 이 네 가지 DSP 아키텍쳐 구성 요소를 지원하는 코드변환기를 개발하고, 이를 이용하여 각각의 DSP 아키텍쳐 구성 요소들을 보완하였을 때 성능에 미치는 영향을 정량적으로 평가하였다. 성능 평가 실험에는 C 언어로 작성된 7개의 DSP 벤치마크 프로그램과 QCELP 음성 부호화기를 이용하였으며, 평가 결과를 RISC 프로세서뿐만 아니라 Texas Instruments 사의 TMS320C3x, TMS320C54x, TMS320C5x DSP 프로세서와 비교하였다.
고성능 네트워크와 분산처리구조가 병렬처리와 함께 결합되면, 전체적인 디지털 신호처리 시스템의 계산능력, 신뢰도, 다양성을 향상시킨다. 본 논문에서는, 발전된 형태의 수중레이더 (sonar) 알고리즘인 수중정합장처리 (Matched-Field Processing MFP)를 위한 병렬처리 알고리즘을 디자인하고 다중 DSP 프로세서 기반의 병렬처리 시스템 상에서 성능분석과 함께 최적의 병렬처리 솔루션을 제안한다. 각각의 병렬 알고리즘은 특정한 도메인에서 주어진 계산량을 분산시키며 이를 통한 속도향상을 추구한다. 필요한 연산량과 형태에 따라서 병렬 알고리즘은 각기 다른 성능향상을 보여준다. 또한, 알고리즘의 계산량 분산방식 프로세서간의 통신방식, 알고리즘의 복잡도, 프로세서의 속도, 목적하는 시스템의 구성에 따라서 다양한 성능지표를 보여준다. 제안하는 주파수와 출력값 기반의 병렬 알고리즘은 상당한 계산량을 요구하는 수중정합처리 알고리즘을 적절히 다중 프로세서에 균형 있게 분산시켜 프로세서의 개수와 비례하는 성능향상을 보여주고 있다.
무선단말기용 오디오 복호화기는 무선이동환경의 특성상 낮은 전력소모가 요구된다. 단일 RISC 프로세서를 이용하며 비디오/오디오 신호를 처리하는 기존의 구현은, RISC 프로세서의 연산부담이 과도하여 실시간 밀터미디어 서비스를 지원하기에는 효율적이지 못하고 캐쉬 메모리가 충분하지 않은 경우 잦은 캐쉬-미스로 인하여 전력소비량이 증가하게 된다. 본 논문에서는 무선단말기를 위한 MPEG/Audio 복호화기를 설계하자 MAC 연산에 최적화된 DSP 블록이 내장된 RISC 프로세서를 이용하여 복호화 시스템을 구현하였다. 오디오 복호화 과정을 연산중심부분과 제어중심부분으로 분할하고, 각각 DSP 블록과 RISC 프로세서에 할당하여. 병렬적으로 처리할 수 있도록 알고리듬을 설계하였다. 제안된 시스템은 MP3와 AAC 복호화 과정을 각각 17MHz, 24MHz로 처리한다. 이것은 단일 RISC 프로세서의 구현에 비하여 각각 48%와 40% 감소한 것이다. 오디오 신호처리에 최척화된 DSP 블록이 내장된 RISC 프로세서를 이용하는 것은 자원의 효율적인 이용이 가능하고, 캐쉬 메모리가 크지 않은 휴대용 멀티미디어 시스템에 적합하다.
이 논문은 자동차에서 제어 네트워크로 이미 신뢰성이 확인된 CAN(Controller Area Network) 필드버스를 산업계 복수전동기 제어에 적용하기 위하여 지능형 제어모듈로 CAN이 내장된 DSP2812 프로세서를 이용하여 제어 및 모니터링기술을 개발하였다. 산업계에 광범위하게 사용되고 있는 유도전동기를 대상으로 여러 대의 유도전동기를 제어하기 위한 제어 알고리즘과 CAN 기반제어네트워크 구축방법을 개발하였다. 이 시스템 성능을 평가하기 위하여 2대의 유도전동기 인버터 구동시스템에 적용하여 CAN 기반 네트워크 제어 실험을 수행하였다. 그 결과 광범위한 속도와 정역회전에서 실시간 네트워크 기반 제어성능을 확인하였다.
이 논문은 자동차에서 제어 네트워크로 이미 신뢰성이 확인된 CAN(Controller Area Network) 필드버스를 산업계 복수전동기 제어에 적용하기 위하여 지능형 제어모듈로 CAN 이 내장된 DSP2812 프로세서를 이용하여 제어 및 모니터링기술을 개발하였다. 산업계에 광범위하게 사용되고 있는 유도전동기를 대상으로 여러 대의 유도전동기를 제어하기 위한 제어 알고리즘과 CAN기반제어네트워크 구축방법을 개발하였다. 이 시스템 성능을 평가하기 위하여 2대의 유도전동기 인버터 구동시스템에 적용하여 CAN 기반 네트워크 제어 실험을 수행하였다. 그 결과 광범위한 속도와 정역회전에서 실시간 네트워크 기반 제어성능을 확인하였다.
본 논문에서는 인터넷을 통한 멀티미디어 스트리밍 서비스 환경에서 다양한 표준으로 압축된 컨텐츠의 디코딩을 지원하기 위하여 general purpose DSP (Digital Signal Processor) 기반의 멀티미디어 서비스 플랫폼을 구현하였다. 다양한 표준 방식으로 압축된 멀티미디어 컨텐츠를 재생하기 위하여 Host 프로세서와 DSP 구조의 하드웨어를 설계하고, 멀티미디어 코덱을 DSP에 다운로드하는 소프트웨어적인 기법을 적용하였다. 설계한 플랫폼의 동작을 검증하기 위하여 리눅스 기반에서 DSP를 제어하는 네트워크 클라이언트 소프트웨어를 구현하고, Tl의 TMS 320C6416을 대상으로 구현한 MPEG-2 비디오와 AC-3 오디오 코덱을 적용하여 스트리밍 환경에서 멀티미디어 데이터가 원활하게 재생되는 것을 보였다.
최근 모바일 멀티미디어 기기들의 사용이 증가하면서 고성능, 저전력 멀티미디어 프로세서에 대한 필요성이 높아지고 있는 추세이다. 주문형반도체 (ASIC)는 모바일 멀티미디어에서 요구되는 고성능을 만족시키지만 다양한 형태의 멀티미디어 애플리케이션에서 요구되는 범용성을 만족시키지 못한다. 반면 DSP기반의 시스템은 범용성에 기인하여 다양한 형태의 애플리케이션에서 사용될 수 있으나, 주문형반도체 보다 높은 가격, 전력소모 및 낮은 성능을 가진다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 논문에서는 범용성을 유지하면서 고성능, 저전력으로 영상데이터 처리가 가능한 단일 명령어 다중 데이터(Single Instruction Multiple Data, SIMD)처리 방식의 매니코어 프로세서를 제안한다. 제안한 SIMD기반 매니코어 프로세서는 16개의 프로세싱 엘리먼트(processing element, PE)로 구성되어 영상데이터 처리에 내재한 무수한 데이터 레벨 병렬성을 높인다. 모의 실험한 결과, 제안한 SIMD기반 매니코어 프로세서는 현재 상용 고성능 프로세서보다 평균 22배의 성능, 7배의 에너지 효율 및 3배의 시스템 면적 효율을 보였다.
본 논문은 FPGA 기반에서 실수형 프로세서의 설계 및 구현에 대한 내용과 이를 이용하여 휴머노이드 로봇 팔의 위치제어를 위한 PD 제어기반의 신경회로망 제어기의 구현에 대한 내용이다. 설계된 프로세서는 명령어 기반의 처리를 통해 산술 연산 뿐만 아니라 로봇의 제어에 사용되는 외부 모듈의 사용이 가능하도록 설계하였으며, 신경회로망 구현에 사용되는 지수함수를 효율적으로 근사화하기 위한 Taylor series를 이용한 알고리즘을 하드웨어 레벨에서 구현하였다. 휴머노이드 로봇 팔의 위치 추종을 위해 고전적인 PD 제어기를 설계하고 PD 기반의 신경회로망 제어기를 설계하였다. 로봇 팔의 6축 제어를 위한 신경회로망 제어기에 요구되는 많은 연산을 감당하도록 하기 위해 설계된 프로세서를 통해 정의된 프로그래밍언어로 제어 프로그램을 작성하였다. PD 제어기와 PD 기반의 신경회로망 제어기를 하드웨어에 설계하여 로봇팔의 위치 추종을 실험하였으며 성능을 비교 검증하였다. 프로세서는 Altera의 Stratix II EP2S180 DSP development board에 구현되었으며 실험적으로 25MIPS의 성능을 가지는 것으로 나타났다.
본 논문에서는 FPGA를 기반으로 하는 DFT 연산알고리즘을 적용한 다채널 위상 및 HDR(Harmonic Distortion Ratio) 측정 시스템을 설계하였다. DFT 연산 알고리즘은 많은 연산량이 요구되는데, 기존에는 고가의 DSP 프로세서를 사용하여 소프트웨어적으로 처리하였지만, FPGA를 기반으로 하는 전용의 하드웨어로 구현할 경우 DSP의 연산량에 대한 부담을 감소시킬 수 있다. DFT 연산 알고리즘은 전용 ASIC으로 구현 시 경제성을 고려하기 위해서 곱셈기 공유 구조를 적용하고, 효과적인 시스템 Integration울 위해서 범용인터페이스 방식을 채택하고 이렇게 설계한 시스템을 실제 다채널 톤 신호를 입력으로 하는 동작 시험을 통하여 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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