Арифметическое устройство для выполнения быстрого преобразования фурье

(59 4 0 06 Р 15/332 ГОС ПО САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 3776955/2427.07.8430.04.86..В.Аксене681.32(088 тельных систем за. Цель изобр стродействия у жит двадцать м накапливающих.Н. ровойЭ.Оппе работки ейма. М д ател с Рез 3.дн.- Р 19 а зованилельнораций ТИЧЕСКОЕ БЫСТРОГО тение отн ехнике и в информа УСТРОЙСТВО ДЛЯПРЕОБРАЗОВАН итерацботкася сра ыч итсяжет б нно-изм АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛ 72) С53)56) Применигналов/ ПМир, 1978.Е 1 ес 1 гоп981, р.14454) АРИФМЕЫПОЛНЕНИЯУРЬЕ (БПФ)57) Изобрелительной тользовано ах спектрального аналиетения - повышение быстройства. Схема содерультиплексоров, четыреумножителя, четырнадов, четыре сумматора-вы-. я, четыре блока сдвига. Алгоботы арифметического устройя выполнения быстрого преобраФурье заключается в паралвыполнении двух базбвых опеыстрого преобразования Фурье ванию 2 вначале на текущей ии алгоритма. При этом обраомплексных данных производиту на двух итерациях алгоритмаВеу 1=ВеХ 1+ВеХ 1+ВеХ 2; соя 9+1 мХ 2 яхп 9 (1мУ 1=1 мХ 1+1 мХ 2 сов 9 - ВеХ 2 я 3.п 9, (2)ВеУ 2=ВеХ 1-ВеХ 2 совО - 1 мХ 2вхп 9; (3)1 мУ 2=1 мХ 1-1 мХ 2соя 9 + ВеХ 2 "вп 9; (4)Легко видеть, что выражения (1-4)описывают выполнение базовой операциипрямого БПФ для двух комплексных значений данных Х 1 и Х 2, Аналогично будетописано и выполнение базовой операцииБПФ для двух комплексных значений данных ХЗ и Х 4. В этом случае в выражениях(1-4) изменятся индексы 1 на 3, а 2на 4,Таким образом, алгоритм работыустройства сводится к вычислению четырех значений комплексных данныхна двух итерациях алгоритма БПФ пооснованию 2, что соответствует выполнению группы из четырех базовыхопераций алгоритма,Устройство работает следующим образом.Выполнение каждой. группы из четырех базовых операций БПФ производится за семь тактов работы устройства.В пятом такте и-й группы в регистры 18, 19 и 22, 23 записываются комп.лексные данные второго и четверто 1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в информационно- измерительных системах спектрального анализа.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства,На фиг, приведена структурная схема арифметического устройства для выполнения БПФ; на фиг,2 - граф алгоритма.Устройство содержит входы операндов 1-4 и входы коэффициентов 5-8, мультиплексоры 9-16, регистры 17-24; мультиплексоры 25-28, регистры 29-32, накапливающие умножители 33-36, мультиплексоры 37-44, сумматоры-вычитатели 45-48, блоки 49-52 сдвига, выходы операндов 53-56.Алгоритм работы устройства заключается в параллельном выполнении двух базовых операций БПФ по основанию 2 вначале на текущей итерации ал горитма. При.этом обработка комплексных данных производится сразу на двух итерациях алгоритма. На фиг.2 представлен направленный граф, поясняющий работу устройства.Для каждой базовой операции БПФ выполняются следующие выражения: 228114 2го числа (вторые операнды для двухбазовых операций БПФ), Эти данныепоступают из памяти, разбитой начетыре одинаковых массива с параллельным доступом (для хранения отдельно первых и вторых чисел комплексных данных), по входам 1-4 черезмультиплексоры 10, 11 и 14, 15 и записываются соответственно в регист 0 ры 18, 19 и 22, 23,В первом такте и-ой группы базовых операций БПФ действительные части данных ВеХ 2 и ВеХ 4, находящиесяв регистрах 18 и 22, через мультиплексоры 25-28 подаются в умножители 33-36, где формируются и запоминаются произведения действительныхданных на поворачивающиеся фазовыемножители тригонометрических коэф 20 фициентов, находящихся в регистрах 29-32. В этом же такте в регистры 17,20 и 21, 24 записываютсякомплексные данные первого и третьего числа (первые операнды для двухбазовых операций БПФ).Во втором такте мнимые части данных 1 мХ 2 и мХ 4, находящиеся в регистрах 19 и 23 через мультиплексоры25 и 28 подаются в умножители 33-36,где формируются произведения мнимых. частей данных на соответствующие фа) зовые множители. Сформированные произведения складываются или вычитаются с результатами предыдущих произведений и запоминаются, При этомв умножителе 33 будет сохранятьсярезультат операции 1 мХ 2 яхп 9 +,+ ВеХ 4, соя 9 и в 36 1 мХ 4 сов 940 ВеХ 4, я 1 п 9В третьем такте действительныечасти данных ВеХ 1 и ВеХЗ, находящиеся в регистрах 17 и 21 через мультиплексоры 37, 40 и 41,44 подаются навходы сумматоров-вычитателей 45-48,на другие входы которых через мультиплексоры 38, 39 и 42,43 подаютсявыходы умножителей 33-36. На сумматорах-вычитателях будут произведеф ны операции согласно выражений (1)и (3), которыми завершается параллельное выполнение двух базовых операций БПФ на первой итерации алгоритма, но только дпя действительныхЫ частей данных. При этом на сумматоре-вычитателе 45 формируется результат ВеУ 1 = ВеХ 1 + ВеХ 2 соя 9 +-1 мХ 4 ядп 9. Полученные результатыподаются на соответствующие блоки49-52 сдвига, где происходит логический сдвиг на один бит в сторонумладших разрядов (во избежание переполнений). В конце третьего тактаэти сдвинутые данные передаютсячерез мультиплексоры 9,13 и 10, 14и записываются соотйетственно в регистры 17, 21 и 18, 22С помощьюэтих двух последних операций осуществляется переход от одной итерацииалгоритма к следующей в текущей группе базовых операций. При этом записываются только действительные частиданных.В четвертом такте устройство переходит к выполнению двух базовыхоперациЛ БПФ для следующей итерации,При этом в умножителях 33-36 будутвыполнены те же операции, что и втакте 1, но с другими фазовыми множителями (соя 9 и яп 9 )Параллельно с этим на сумматорах-вычитателяхпроизводятся операции согласно выражений (2)и (4), которыми завершается параллельное выполнение двух базовых операций БПФ на первой итерацииалгоритма для мнимых значений данных.При этом на сумматоре-вычитателе 45формируется результат 1 мУ = 1 мХ ++ 1 мХ 2соя 8 - ВеХ 2яп 9, на 461 мУ 2 = 1 мХ 1 - 1 мХ 2соя 9 + ВеХ 2 яп 9на 47 1 мУЗ = 1 мХЗ + 1 мХ 4.соя О- ВеХ 4 яж 9 , на 48 1 мУ 4 = 1 мХЗ -1 мХ 4 соя 9 + ВеХ 4 яхп О.Полученные результаты сдвигаютсяна один бит в сторону младших разрядов и через мультиплексоры 11, 12и 15, 16 записываются соответственнов регистры 19,20 и 23, 24. С помощьюэтих двух последних операций осуществляется переход от одной итерации алгоритма к следующей в текущейгруппе базовых операций, но толькодля мнимых частей данных,На пятом такте в умножителях 3336 выполняются те же операции, что ив такте 2, но только с другими фазовыми множителями. Параллельно с этимв регистры 18, 19 и 22, 23 будут записаны комплексные данные второгои четвертого числа для следующейи+1-й группы базовых операций БПФ.В шестом такте на сумматорах-вычитателях 45-48 производятся опера 28114 4ции в соответствии с выражениями (3)и (4). Результатами этих операцийбудут комплексные данные второго ичетвертого числа. При этом на сумматоре 45 формируется результатВеУ 2 = ВеХ 1 - ВеХ 2 фсоя 9 - 1 мХ 2.я 1 пОна 46 1 мУ 2 = 1 мХ - 1 мХ 2.соя 6 ++ ВеХ 2яп 6, на 47 Веу 4 = . КеХУ -- ВеХ 4.соя 9 - 1 мХ 4яп 9, на 48 10 1 мУ 4 = 1 мХЗ - 1 мХ 4.соя 9 ч ВеХ 4 яп 9,После масштабирования на блоки сдвига49-52 эти значения подаются на выходы 53-56. для записи в память данных.В седьмом такте на сумматорах-вычитателях 45-48 формируются результаты в соответствии с выражениями(1) и (2), При этом на сумматоре-вычитателе 45 будет ВеУ 1 = ВеХ 2 сояО + 20 + 1 мХ 2ядл 9 + ВеХ 1, на 46 1 мУ 1+ 1 мХ 4. соя 9 - ВеХ 4 ,яхп 9.В следующем такте будет начато выполнение пч 1-й группы базовых опера-ций. Формула изобретения30Арифметическое устройство для выполнения быстрого преобразования Фу-рье, содержащее два накапливающих ум; ножителя, шесть регистров, восемь мультиплексоров, первый и второй сум.35маторы-вычитатели, выходы которых подключены к информационным входам соответственно первого и второго бло" ков сдвига, о т л и ч а ю щ е е с я 40тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены двенадцать мультиплексоров, два сумматора-вычитателя, два блока сдвига, два накапливающих умножителя и восемь регистров, причем выходы первого и второго мультиплексоров подключены к информационным входам соответственно первого и второго регистров, информационные выходы которых подключены к первым информационным входам соответственно третьего, четвертого, пятого, шестого мультиплексоров, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого, второго, третьего и четвертого накапливающих умножителей, выходы которых подключены соответственно: первого накапливающего умножителя - к первым информационным входам седьмого ивосьмого мультиплексоров, второгок вторым информационным входам седьмого и восьмого мультиплексоров, третьего - к первым информационным входам девятого и десятого мультиплексоров, четвертого накапливающего умножителя - к вторым информационным входам девятого и десятого мультиплексоров, выходы которых под ключены к первым входам третьего и четвертого сумматоров-вычитателей, выходы которых подключены к информационным входам соответственно третьего и четвертого блоков сдвига, информационные выходы которых подключены соответственно: третьего - к первым информационным входам первого и одиннадцатого мультиплексоров, а четвертого - к первым информационным входам второго и двенадцатого мультиплексоров, вторые информационные входы пятого и шестого мультиплексоров подключены к информационному выходу третьего регистра, информационный вход которого подключен к выходу две. надцатого мультиплексора, второй информационный вход которого соединен с первым информационным входом тринадцатого мультиплексора, выход которого подключен к информационному входу четвертого регистра, инфор мационный выход которого подключен к первым информационным входам че" тырнадцатого и пятнадцатого мультиплексоров, выходы которых подключены к вторым входам соответственно третьего и четвертого сумматороввычитателей, вторые информационныевходы четырнадцатого и пятнадцато го мультиплексоров подключены кинформационному выходу пятого регистра, информационный вход которого подключен к выходу шестнадцатого муль типлексора, первый информационный 45 вход которого соединен с вторым информационным входом второго мультиплексора, вторые информационные входы.трннадцатого и шестнадцатогомультиплексоров подключены к инфор мационному выходу второго блока сдви га, информационный выход первого блока сдвига подключен к первым информационным входам семнадцатого и восемнадцатого мультиплексоров, выходы которых подключены к информационным входам соответственно шестого и седьмого регистров, информационнь 1 е выходы которых подключены соответственно к первым и вторым информационным входам девятнадцатого и двадцатого мультиплексоров, выходы которых подключены к первым входам соответственно первого и второго сумматоров-вычитателей, вторые входы которых подключены к выходам соответственно седьмого и восьмого мультиплексоров, вторые информационные входы первого и семнадцатого мультиплексоров соединены и являются входом первого операнда устройства, вторые информационные входы третьего и четвертого мультиплексоров подключены к информационному выходу восьмого регистра, информационный вход которого подключен к выходу одиннадцатого мультиплексора, второй информационный вход которого соединен с вторым информационным входом восемнадцатого мультиплексора и является входом второго операнда устройства, входами третьего и четвертого операндов которого являются соответственно второй информационный вход второго, первый информационный вход тринадцатого мультиплексоров, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого накапливающих умножителей подключены к информационным выходам соответственно девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого регистров, информационные входы которых являются входами соответствен. но первого, второго, третьего и четвертого коэффициентов устройства, выходами первого, второго, третьего и четвертого операндов которого являются информационные выходы соответственно первого , второго, третьего и четвертого блоков сдвига.Составитель А.БарановТехред И.Попович Корректо ручар каз 2288/50 Тираж 671 НИИПИ Государственного по делам изобретени 13035, Москва, Ж, Р