Систолический процессор для двумерного дискретного преобразования фурье

(56) тель тура вычислицифровой обр1985, У 5.ство СССР15/332.ЦЕССОР ДЛЯ ДВЕОБРАЗОВАНИЯ т 13 4) АРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ БРетениям и отнРытиямНТ СССР А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛ 602180/24-24 5.11.88 3.11.90. Бюл. У енинградский ин ки и оптики .А. Кухарев и А 81. 32 (088. 8)ен Дж. Архите х устройств для сигналов ТИИЭР, орское свидетел 243, кл. С 06 Р СТОЛИЧЕСКИЙ ПР О ДИСКРЕТНОГО ПР УРЬЕ 7) зобретение относится к вычисли 4 2тельной технике и может быть использовано в специализированных системах обработки сигналов и изображений высокой производительности. Цель изобретения - повышение быстРодействия процессора. Он содержит вход 1 задания коэффициентов, информационный вход 2, дополнительный операционный блох 3, систолическую матрицу 5 из (И-) операционных блоков 6, группу 7 из блоков коммутации 8, дополни- . тельный операционный блок 11 систоли. лическую матрицу 13 из (0-1) операционных блоков 14, группу 15 сдвиговых регистров 16 и блок синхронизации 18.3 ил,н 30 но но (х одго такте; И - значение весового множителя, поступившего на вход 1-го операционного блока 6 в и-й такт; (и -ь,1(р-)Ч" 4+) У 1 значение операнда посЭ тупающего на вход умножителя с предыдущего операционного блока 6 в и-й такт.10Как видно из (3) накопление Ср в и-й такт осуществляется в независипс 1-х блоках 8 коммутации Ос - фикс ровано), что исключает необходимость и пользования вычислительной схемы Г рнера и тем самым обеспечивает больточность вычислений за счет раздел ния групп операций умножения и сумрования.Процессор в и-й такт времени рабо т ет следующим образом, Текущие дане х ,) = х поступают в кажщ такт на вход дополнительного опер ционного блока 3 с входа 2. На друг й вход операционного блока 3 с вхо д 1 поступают на каждом такте весов е множители Ид, к,111=у(о), позволяю е выполнять взвешивание обрабатьг в емой матрицы Х по строкамилимасш абировать данные (в этом случае Я () = сопзг). На следующем такте рез льтаты обработки в операционном блок 3 х(ф) = х()Я ( ) передаются на в од группы 5 и в блок 8 коммутации. Н второй вход группы 5 с входа 1 вес вых множителей одновременно посту 35 п т весовые (поворачивающие) множитлиУ ь-(кй( ): У, где 1 с11 - 140При этом на входы операционного б ока 3 поступают новые исходные даннье х(ф) и весовые множители .Я (). В следующий такт (и+1), такт в пероперационном блоке 6, получается оизведение х() У, которое по ф)45ончании такта передается во второй о ерационный блок 6, куда поступает :и. Одновременно с этой передачейИос ествляется прием данных в первый оп рационный блок 6 из операционо блока 3 и с входа 4 и прием но ых данных х(ф) и Я () в операци нный блок 3, В такт (и+2) во втором операционблоке 6 получается произведение55 .)И ) М, которое передаетсяИ овременно с Ф по окончании этойтакта дальше. При этом выполняются все пересылки данных, поворачивающих множителей и текущих произведений из предыдущих операционных блоков 6 в последующие, и на (и+3) такте в обработку х(ф) и 1Ч включается уже операционный блок 3, с которым одновременно работают все предыдущие блоки (если К = 1) и все последующие (если К . 2).При этом не только загружается группа 5 и вычисляются текущие произведения, но и выполняется сложение (3) текущих произведений с результатами предыдущих суммирований, хранящихся в регистрах 31 1-х блоков 8 коммутации. При этом выход 30 каждого операционного блока 6 через вход 34 блока 8 и демультиплексор 32 подключен к регистру 31, выход 35 которого подключен к входу 29 блока 6.Для осуществления операций (3) каждый блок 6 группы 5 реализует следующие функции (фиг. 2):Р ьых1где Ъ 7 к, х ьх(4)и ук , - данные на входах 22,23 и 29 соответственно1-го операционного блока 6;МхЕ,Выки у,- данные на выходах 27, 26и 30 соответственно1-го операционного блока 6.Дополнительный операционный блок3 также выполняет функции (4) для случая, когда Ир,бк =Я ( ) еНачиная с (и+И) такта результат одномерного ДПФ,М к(п.1Ср =х , Ы, 1 с б 1,0 (5)1при поступлении от блока 18 управления на вход 19 управляющего сигнала я = 1 передается на общий выход 9 группы 7 сначала из первого блока 8 (1 = 1), затем в (и+И+1) такт из второго блока 8 и т,д., а сигнал я щ "11 передается далее на вход 37 (1+1)-го блока 8. Для выполнения этого демультиплексоры 32 осуществляют подключение сумматоров 28 к выходу 9 по цепи 30 34 - 32 в -36, при этом соответствующие регистры 31 обнуляются и, таким образом, подготавливаются кформированию результатов по следующей строке данных.При выходе результатов из первого блока 8 к выходу 9 группы 7 подключа 5 ется выход сумматора 28 дополнительно го операционного блока 3 по аналогичной цепи.Результаты (5) с выхода 9 группы 7 поступают, начиная с (и+И)-го такта работы процессора, на вход дополнительного операционного блока 11, на другой вход которого поступают весовые коэффициенты вида Я(К) свхода 10, позволяющие выполнить взвешивание 15 данных по второй координате, или масштабирование промежуточных результатов (в этом случае Я= сопят), или симметрировать одномерный спектр путем домножения на фазовый множитель 20 вида:,2 р ехр -1 - (И) (и+1 с) - при не- Бчетном Ненр -3(нтск) - при четном М 25 На каждом следующем такте результаты обработки в операционном блоке 11 вида с() = С(е) Я(е) поступают в первый регистр 16 группы 15 и на 30 вход группы 13. На другой вход одновременно поступают с входа 12 весовые (поворачивающие) множители вида 1 где 1 - номер строки коэффициентов 1 одномерного ДПФ матрицы Х 1."При этом группа 13 и группа 15 сдвиговых регистров повторяют описай- ный выше процесс вычислений с той лишь разницей, что накопление частичных сумм в дополнительном операцион ном блоке 11 и в операционных блоках 14 осуществляется через каждые М тактов, поскольку каждый результат суммирования поступает в свой регистр 16 группы 15 сдвиговых регистров и воз вращается к сумматору 28 соответствующего операционного блока через И тактов. Операционные блоки 14 группы 13 выполняют функции (4).В процессоре к началу И-го такта все операционные блоки 6 группы 5 и50 дополнительный операционный блок 3 работают параллельно. Первый результат Сс выхода 9 группы 7 появится к концу И-го такта и, начиная с (0+1) такта, в работу вступает дополнитель 55 ный операционный блок 11, а с (И+2) такта и группа 13. При этом на (И+1)-м такте работы процессора в дополнительный операционный блок 3 поступают весовые множители Ц (ч ) и отсчеты вто рой строки исходных данных х и, таким образом, начинает совмещаться обработка данных по первой координате, которая в дальнейшем выполняется синхронно в обеих матрицах. Формула изобретенияСистолический процессор для двумерного дискретного преобразования Фурье, содержащий первую и вторую группы из Н(Н - размер преобразования) операционных блоков, группу из Н блоков коммутации и блок синхронизации, причем первый и второй выходы х-го ( = 1,И) операционного блока 1-й (1 = 1,2) группы подключены соответственно к первому и второму информационным входам (+1)-го операционного блока 1-й группы, первые информационные входы первых операционных блоков первой и второй групп являются первым и вторым входами задания коэффициентов процессора, третий выход 1-го (1 = 1,И) операционного блока первой группы подключен к информационному входу (1+1)-го блока коммутации группы, первый выход которого подключен к третьему информационному входу 1-го операционного блока первой группы, тактовый вход которого соединен с тактовым входом 1-го операционного блока второй группы, тактовыми входами всех блоков коммутации и подключен к первому выходу блока синхронизации, второй выход которого подключен к второму информационному входу первого блока коммутации группы, второй выход 1-го блока коммутации группы подключен к второму, информационному входу (1+1)-го блока коммутации группы, а вход запуска блока синхронизации является входом запуска процессора, причем операционный блок содержит сумматор, умножнтель и регистр, выход которого является первым выходом операционного блока и подключен к первому входу умножителя, выход которого является вторым выходом операционного блока и подключен к первому входу сумматора, выход которого является третьим выходом операционного блока, первым, вторым и третьим информационными входами которого являются соответственно информационный вход регистра, вторые входы умножи 1608 б 88о К Н Р н ег нь дь ч в б Р г н о1 я и сумматора, тактовым входом рационного блока является тактовый д регистра, о т л и ч а ю щ и й - я тем, что, с целью повышения бы-.5 родействия, в него введены группаМ регистров сдвига, первый и втой дополнительные операционные бловторые выходы которых подключены вторым информационным входам пергх операционных блоков соответственпервой и второй групп, третий выд 1-го операционного блока подклюн к информационному входу (1+1)-го гистра сдвига группы, информационвыход которого подключен к третьу информационному входу 1-го операонного блока второй, группы и являся информационным выходом процессотретьим и четвертым входами задая коэффициентов которого являются рвые информационные входы соответвенно первого и второго дополнительоперационных блоков, третьи выхо блоков коммутации группы подклю ны к второму информационному входу срого дополнительного операционного ока, третий выход которого подклюн к информационному входу первого гистра сдвига группы, выход которо- ЭОподключен к третьему информационму входу второго дополнительного ерационного блока и информационному выходу процессора, информационнымвходом которого является второй ин-формационный вход первого дополнительного операционного блока, третийвыход которого подключен к первомуинформационному входу первого блокакоммутации группы, второй выход которого подключен к третьему информационному входу первого дополнительного операционного блока, тактовыйвход которого соединен с тактовымвходом второго дополнительного опера"ционного блока, тактовыми входамирегистров сдвига группы и подключенк первому тактовому выходу блокауправления, причем блок коммутациисодержит элемент задержки, демультиплексор и регистр, выход которогоподключен к информационному входу демультиплексора, первый выход которогоявляется первым выходом блока коммутации, первым и вторым информационнымивходами которого являются соответственно информационный вход регистра ивход элемента задержки, выход которого является вторым выходом блока ком"мутации и подключен к управляющемувходу демультиплексора, второй выходкоторого является третьим выходомблока коммутации, тактовым входомкоторого является тактовый входрегистра.. Подписное по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС Ж, Раушская наб., д. 4/5