Выбор ПЛИС для БПФ, 2^16 (100 каналов) Опции

[andreUF]

Уважаемые специалисты, помогите подобрать ПЛИС, пожалуйста.
(Не судите меня строго, начал заниматься разработкой алгоритмов на системном уровне, но встала задача срочно подобрать ПЛИС и прикинуть затраченное время на процесс обработки и энергию).

Ситуация следующая:
имеется сто датчиков, с них сигналы на БПФ, после операций умножения и суммирования получаем энергетический спектр.
Отсюда главный вопрос - какую и каким образом ПЛИС выбрать?
- БПФ: количество точек от 2^14 (16384) до 2^16 (65536)
- Разрядность данных 16-32 бит.
Т.к. 100 датчиков, значит ли это, что требуется 100 "каналов"?? Т.к. не являюсь спецом в области программируемой логики - спрашиваю у Вас.
Что будет быстрее, с учетом выбранного изделия, распараллеливание процесса обработки или последовательная об-ка?
Как выяснить за сколько тактов, секунд реализуется операции умножения, суммы, умножения на вектор поворота?

Существует ли методика какая то? Некогда долго разбираться, результат нужен в ближайшее время!
Помогите пожалуйста!

[litv]

"Я не профи и мне некогда долго разбираться "

У xilinx прочтите http://www.xilinx.com/support/documentatio.../xfft_ds260.pdf.

Там есть результаты - тип fft, кристалл , частота , сколько умножителей , блоков памяти , вентилей требуется, число тактов.
Все кстати зависит от частоты этих датчиков.

[andreUF]

Огромное спасибо, сейчас почитаю!
Еще вопросик - для Альтеры есть что нибудь?
И для общего развития - не предпочтительнее ли использовать dsp?

[blackfin]

Еще вопросик - для Альтеры есть что нибудь?

ug_fft.pdf.

[des00]

и еще, для вашей цели

меется сто датчиков, с них сигналы на БПФ, после операций умножения и суммирования получаем энергетический спектр.
Отсюда главный вопрос - какую и каким образом ПЛИС выбрать?
- БПФ: количество точек от 2^14 (16384) до 2^16 (65536)
- Разрядность данных 16-32 бит.

лучшая "ПЛИС" это : 642 или аналогичный техас + мелкая плис - преобразователь интерфейсов

[andreUF]

Что то я всё равно никак не соображу какую ПЛИСину выбрать. Пролистал Xilinx datasheet выше, да мозгов не хватает.
Не могли бы Вы "пальцем ткнуть" как выбрать!!!

[blackfin]

Что то я всё равно никак не соображу какую ПЛИСину выбрать.

А почему нужно выбирать именно "ПЛИСину"?

[RobFPGA]

Приветствую!

Для выбора на чем считать надо бы знать какова частота семплов с каждого канала и каков интерфейс датчиков.
Если вам надо обрабатывать данные с АЦП с частотой семплов в 100 MHz каждая, то вам и 10 FPGA может понадобится.
А если частота семплов с датчика 1-100 KHz, то и один DSP без проблем все сделает.
Ну и потом все это посчитанное нужно куда то выводить - а куда?

Успехов! Rob.

[nckkm]

я бы сперва постарался посчитать размер необходимой памяти.
Например, количество выборок входного сигнала 16К*16бит=264К бит для хранение сигнала от одного канала.
Например столько же для хранения спектра.
Умножаем на количество каналов 100, получаем ~6,5Мбайт.
Врядли это можно разместить в ПЛИС, значит нужна будет внешняя DDR память.
Попробовать оценить скорость потока данных, хватит ли пропускной способности памяти DDR и при скольки разрядах.
Какой алгоритм использовать?
Теоретически если считать спектр от потока (а не от массива), то можно не вычислять весь спектр с каждой новой выборкой, а пытаться модифицировать текущий спектр. Ведь одна выборка пришла, но и самая старая ушла.
В принципе можно сделать за один проход вдоль массива спектра.
Правда здесь возможно накопление ошибки вычислений. Не уверен на сколько этот метод возможен, но потенциально он экономит ресурсы.

[andreUF]

Благодарю за ответы.
Если частота семплов с каждого датчика 100 KHz. И если пренебречь выводом и размером необходимой памяти пока что.
То какая FPGA подойдет?

[blackfin]

Для параметров БПФ:

- БПФ: количество точек 2^14 (16384)
- Разрядность данных 16 бит.
- 100 датчиков...

и:

Если частота семплов с каждого датчика 100 KHz. И если пренебречь выводом и размером необходимой памяти пока что.
То какая FPGA подойдет?

вероятно, подойдут: EP4CGX75, EP4CE75 или аналогичные с бОльшим объемом Embedded memory (> 2500 Kbits).

Для параметров БПФ:

- БПФ: количество точек 2^16 (65536)
- Разрядность данных 16 бит.
- 100 датчиков...

вероятно, подойдут: 5AGXA3, 5AGTC3 или аналогичные с бОльшим объемом Embedded memory (> 10,000 Kbits).

Если же:

- Разрядность данных 32 бит.

то требования по Embedded memory нужно удвоить.

Сообщение отредактировал blackfin - May 14 2012, 17:34

[andreUF]

Благодарю! Теперь буду разбиратся с предложенным, постараюсь больше не выпрашивать помощь).
И прошу прощения за свою некомпетентность, просто наш спец свалил, а "работа не ждет".

[_pv]

лучшая "ПЛИС" это : 642 или аналогичный техас + мелкая плис - преобразователь интерфейсов

+1

65536 точек на 100кГц это 655.36мс времени = 6.5мс на канал.
можно даже взять tms32c5505 ему на 1024 точки надо 7315 тактов и 1836 нДж энергии. на 60МГц.
если это линейно (что вообще-то не правильно, но для оценки сойдёт) экстраполировать до 65536 - то получится ~500000 тактов, на частоте 150Мгц ~ 3мс, в принципе подходит, но надо аккуратней смотреть. ну и ~200мкДж, то есть ~40мВт, думаю что при реализации на плис такого потребления не получить.

а уж С64x так тем более справится.

[seldim]

Благодарю за ответы.
Если частота семплов с каждого датчика 100 KHz. И если пренебречь выводом и размером необходимой памяти пока что.
То какая FPGA подойдет?

Все датчики одновременно нужно обрабатывать? Получится, что раз в 1 us нужно обработать все датчики. Если так, то процессору нужно принять информацию от датчика и обработать ее за 100 ns. Если я правильно все понял то процессор врятли осилит. При такой задаче возможно придется комбинировать ПЛИС + процессор. В ПЛИС принять данные от каждого датчика паралельно, провести преобразование и определить в буфер. А процессором проводить дальнейшую обработку массивов данных.

Можно конечно и процессор в плис дополнительно организовать.

[blackfin]

Все датчики одновременно нужно обрабатывать? Получится, что раз в 1 us нужно обработать все датчики. Если так, то процессору нужно принять информацию от датчика и обработать ее за 100 ns.

Что-то Вы как-то странно считаете.

Буфер на 65536 точек при частоте семплирования 100 КГц заполняется за 65536/100000 = 0.65536 секунды и за это время нужно вычислить FFT для каждого датчика.
Если датчиков 100, то на вычисление FFT для каждого датчика мы должны тратить не более 0.65536/100 = 0.0065536 секунды или 6.5536 мс.

[nckkm]

Что-то Вы как-то странно считаете.

Буфер на 65536 точек при частоте семплирования 100 КГц заполняется за 65536/100000 = 0.65536 секунды и за это время нужно вычислить FFT для каждого датчика.
Если датчиков 100, то на вычисление FFT для каждого датчика мы должны тратить не более 0.65536/100 = 0.0065536 секунды или 6.5536 мс.

ну вообще-то точное ТЗ не известно.
Может быть нужно считать "мгновенный" спектр? В этом случае в 10мкс поступает новая выборка и убывает самая старая. Мгновенный спектр меняется каждые 10мкс

[blackfin]

Может быть нужно считать "мгновенный" спектр?

Не сочиняйте ерунды..

Вычислить FFT от 65536 точек 10^7 раз в секунду современные вычислительные средства не позволяют..

ну вообще-то точное ТЗ не известно.

А вот с этим согласен, но ТС уже сто раз про это намекали..

[andreUF]

Спасибо за комментарии.
Уточните пожалуйста по нескольким моментам:
1. Каким образом и на чем основываясь вы выбрали именно - "5AGXA3, 5AGTC3 или аналогичные с бОльшим объемом Embedded memory (> 10,000 Kbits)"?
Какими данными руководствовались?
2. Не могли бы Вы уточнить о каналах, а лучше каким образом все 100 преобразований Фурье возможно реализовать? Т.е. предварительно выбрав 5AGXA3 - можно предположить, что все преобразования произойдут одновременно или параллельно?
3. И почему не из High-End FPGA?

пс. прошу понять и простить)

[blackfin]

Спасибо за комментарии.
Уточните пожалуйста по нескольким моментам:
1. Каким образом и на чем основываясь вы выбрали именно - "5AGXA3, 5AGTC3 или аналогичные с бОльшим объемом Embedded memory (> 10,000 Kbits)"?
Какими данными руководствовались?
2. Не могли бы Вы уточнить о каналах, а лучше каким образом все 100 преобразований Фурье возможно реализовать? Т.е. предварительно выбрав 5AGXA3 - можно предположить, что все преобразования произойдут одновременно или параллельно?
3. И почему не из High-End FPGA?

пс. прошу понять и простить)

1. Это результат запуска MegaWizard Plug-In Manager с дефолтными параметрами:
- Transform Length = 16384 (or 65536) Points ;
- Data Precision = 18;
- Twiddle Precision = 18;
- I/O Data Flow = Streaming;

2. Все каналы обрабатываются последовательно, друг за другом. Частота работы FPGA (> 200 MHz) позволяет сделать это с запасом. Но нужен будет внешний буфер. Вы намекнули, что пока для Вас это не важно..

3. Ну, можете выбрать Stratix IV, или Stratix V, или Virtex-6, или Virtex-7.. Для FFT на 65536 точек и 100 КГц достаточно любого кристалла с "Embedded memory (> 10,000 Kbits)", как, например, 5AGXA3.

[andreUF]

Благодарю Вас за отзывчивость.

1. Не могли бы Вы сказать, какие именно изменения произойдут при использовании внешнего буфера? И как, вернее на чем, строится его выбор?
2. Возможно ли рассчитать-прикинуть для подобного случая энергию потребления для fpga, на чем основываться?
3. Правильно ли утверждать (хотя бы аналитически), что затраченное время на все преобразования fft будет равно (6.5536 мс * 100)?

[seldim]

Что-то Вы как-то странно считаете.

Буфер на 65536 точек при частоте семплирования 100 КГц заполняется за 65536/100000 = 0.65536 секунды и за это время нужно вычислить FFT для каждого датчика.
Если датчиков 100, то на вычисление FFT для каждого датчика мы должны тратить не более 0.65536/100 = 0.0065536 секунды или 6.5536 мс.

Да описался, нолик забыл. 10 us на все датчики, а так дальше все правильно. Один датчик 100 ns * количество семплов 65536 получаем Ваши 6,55636ms. Я имел ввиду, что процессор умрет только на обработке входных данных от датчиков не говоря уже об преобразовании фурье (ктото предлогал процессор поставить ).

[_pv]

Я имел ввиду, что процессор умрет только на обработке входных данных от датчиков не говоря уже об преобразовании фурье (ктото предлогал процессор поставить ).

завести входной поток аж в 10Мсэмплов/с = 20мБайт/с не проблема для практически любого dsp.
сигнальным процессорам вычислительной мощности для ффт надо, грубо говоря, 20 тактов на отсчёт. (посмотрите таблички по скорости ффт для tmsов и блэкфинов).
то есть 200 мипсов. если бы хватало внутренней или была бы внешняя память для буфера под данные, это смог бы осилить даже двухбаксовый ADSP-BF592.
причем даже без достаточного количества внутренней памяти, думаю, можно кусками подтаскивать и убирать обратно данные из внешнего СДРАМА через ДМА без особого ущерба производительности на каком-нибудь ADSP-BF512. одновременно складывая новые данные через PPI в ту же внешнюю память.
ну или TMS, как-то С55 с аппаратным ускорителем ффт или С64 у которых вычислительной мощности на порядок больше чем для данной задачи надо.

[seldim]

завести входной поток аж в 10Мсэмплов/с = 20мБайт/с не проблема для практически любого dsp.
сигнальным процессорам вычислительной мощности для ффт надо, грубо говоря, 20 тактов на отсчёт. (посмотрите таблички по скорости ффт для tmsов и блэкфинов).
то есть 200 мипсов. если бы хватало внутренней или была бы внешняя память для буфера под данные, это смог бы осилить даже двухбаксовый ADSP-BF592.
причем даже без достаточного количества внутренней памяти, думаю, можно кусками подтаскивать и убирать обратно данные из внешнего СДРАМА через ДМА без особого ущерба производительности на каком-нибудь ADSP-BF512. одновременно складывая новые данные через PPI в ту же внешнюю память.
ну или TMS, как-то С55 с аппаратным ускорителем ффт или С64 у которых вычислительной мощности на порядок больше чем для данной задачи надо.

Я так понял Вы говорите об обработке уже готовых данных от датчиков. Тут я согласен процессор данные обработает, но их ему надо получить, а датчиков много. Наши програмисты воют, что у них вся производительность уходит на прием данных а на их обработку времени остается очень мало и приходится в плис готовить буфер с входными данными. Выше шла речь о том, что можно разделить задачу ПЛИС + процессор. Я считаю это заработает.

Хотя вообще информации мало. Какие сигналы от датчиков? Какой интерфейс?.

[blackfin]

1. Не могли бы Вы сказать, какие именно изменения произойдут при использовании внешнего буфера? И как, вернее на чем, строится его выбор?
2. Возможно ли рассчитать-прикинуть для подобного случая энергию потребления для fpga, на чем основываться?
3. Правильно ли утверждать (хотя бы аналитически), что затраченное время на все преобразования fft будет равно (6.5536 мс * 100)?

1. Вам нужна двухпортовая память на 65536*4*100 = 26,214,400 МБайт + контроллер управления этой памятью (DSP or FPGA).

2. Можете прикинуть сами:


3. Нет, не правильно. Время затраченное на все преобразования fft будет равно 6.5536 мс.

[andreUF]

Низкий поклон, blackfin!

65536*4*100, а что за 4?

[maksimp]

3. Ну, можете выбрать Stratix IV, или Stratix V, или Virtex-6, или Virtex-7.. Для FFT на 65536 точек и 100 КГц достаточно любого кристалла с "Embedded memory (> 10,000 Kbits)", как, например, 5AGXA3.

А почему дешёвые Cyclone-3, Cyclone-4 и Spartan-6 не предлагаете? Вроде тоже должны тянуть, хотя в них памяти меньше и нужно будет подгружать из внешней памяти данные для следующего канала, делать БПФ и выгружать результат в внешнюю память. Но всё вместе может быть существенно дешевле

Сообщение отредактировал maksimp - May 16 2012, 18:40

[blackfin]

65536*4*100, а что за 4?

Два буфера для 16-ти битных данных на входе и на выходе FFT.

А почему дешёвые Cyclone-3, Cyclone-4 и Spartan-6 не предлагаете? Но всё вместе может быть существенно дешевле.

Не предлагаю, потому что ни Cyclone-3, ни Cyclone-4, ни Spartan-6, ни любая другая FPGA для этой задачи вообще не нужны.

Это всё можно посчитать на любом приличном DSP за 20$. Но ТС упорствует. Возможно, что-то не договаривает...

[andreUF]

Спасибо за помощь. Сам понимал, что без ТЗ конкретно посоветовать что то тяжело. Однако мне самому нужно было немного понять и подразобраться с рядом моментов, параметров и т.д.
Представив свои выводы нашему научному сотруднику, я был разбит пух и прах (этого и следовало ожидать наверное)... но суть не этом.

Не могли бы Вы помочь мне с в данной задачи (продолжить помогать), к примеру оценив достаточность постановки задачи:
- разработка предназначенной для реализации на Плис структуры системы обработки информации, выполняющей 65536-точечное БПФ 100 действительных последовательностей. Отсчеты входных последовательностей поступают с АЦП в 16-тибитном коде с частотой дискретизации 0…100 Гц. Время выполнения преобразования не должно превышать времени накопления отсчетов.

Какие еще условия нужно знать для "правильного" решения задачи, а именно аппаратной реализации?
И не могли бы Вы также уточнить еще раз собственно требуемые аппаратные затраты для подкорретированной задачи?

[анатолий]

Непонятна предметная область. Обычно системы ЦОС делают для прореживания информации - а тут - для ее размножения.
Было 100 каналов - стало 6,5 млн. Зачем нужен такой длинный БПФ?
Если нужно спектральное разрешение, то лучше стандартное решение:
перенос частоты из интересного диапазона в ноль+ низкочастотная фильтрация + малоточечное БПФ.
При этом и объем буферов, и вычислительные затраты уменьшаются в десятки раз.

[Мур]

А оконную операцию во временной области для "борьбы с утечкой" вы где собираетесь проводить?

[andreUF]

видимо, я не правильно выразился... не сто последовательностей, а 100 каналов (думал одно и тоже, извиняюсь)

и как подсчитать количество операций сложения, умножения...
что собой будет представлять структурная (функциональная) схема, интересует как вообще аппаратно реализовать...
как подсчитать сколько будет затрачено вентилей, логических ячеек и т.д.


Сообщение отредактировал andreUF - May 24 2012, 06:20

[Мур]

А если оконная функция на входе FFT, то еще таблица коэффициентов со свом умножителем...=)

[andreUF]

Я пытаюсь разобрать, руководствоваясь статьями, как http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_04/stat_52.htm
так там ничего про оконную ф-ю и нет.

[Мур]

Я пытаюсь разобрать, руководствоваясь статьями, как http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/00_04/stat_52.htm
так там ничего про оконную ф-ю и нет.

Вы без оконной функции получите спектр "с утечкой", а значит не достоверный за счет краевого эффекта во времени(упрощенно). Это классика ЦОС.
Погуглите "утечка спектра".

[andreUF]

В теории это всё ясно. Я не представляю как реализовать на FPGA и о влиянии оконной ф-и на аппаратную реализацию.
Пока моя главная цель - выяснить эти аппаратные затраты (понадобиться ли доп. память и др. уст-ва), обосновав их (проанализировав все параметры, скорости, время преобразования), для поставленной задачи.

Сообщение отредактировал andreUF - May 24 2012, 07:47

[Мур]

В теории это всё ясно. Я не представляю как реализовать на FPGA и о влиянии оконной ф-и на аппаратную реализацию.
Пока моя главная цель - выяснить эти аппаратные затраты (понадобиться ли доп. память и др. уст-ва), обосновав их (проанализировав все параметры, скорости, время преобразования), для поставленной задачи.

Так в мегафункции FFT указывают рессурс для разных режимов настройки.... FFT само по себе стандартное решение(если лицензия есть), а вот окно придется ваять свое....

[andreUF]

дело то в том, что я не использую мегафункцию, код генериться из matlab&simulink.