基于 HCORDIC 的浮点运算协处理器的设计

通信硬件、信号和图像处理上需要进行大量数学运算,坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法可以在硬件上快速计算三 角、双曲线、自然对数和平方根函数,IEEE 754 标准是目前最常用的浮点数标准,所以提出了一种处理浮点运算的协处理器。 高基数自适应性 CORDIC(HCORDIC)算法具有收敛速度快的优点,通过设计用于该算法的浮点乘法器和浮点加法器,进而设计 出计算多种三角函数和超越函数的浮点运算协处理器架构。 该架构可以实现更快的收敛,同时减少了输出延时并具有低误差 精度。 设计已在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)上实现,结果表明,相比于 Xilinx CORDIC IP 和其他 CORDIC 架构,在输出延 迟、最大工作频率、关键路径和计算精度等方面有更好的表现,该设计可以应用于多种计算场景,具有较强的工程价值。     

TMS320F28335DSP在电力电子变流器中、性能优势分析

主要分析了首款工控用浮点DSP—TMS320F28335与TMS320F2808、TMS320F2812等一些目前大量应用于电力电子变流装置的DSP在控制算法实现、系统效率和开发周期上所具有的一些优势,得出了该浮点DSP具有,相当的可替代性优势,并将成为电力电子变流控制技术发展的重要实现平台。     

一种低硬件资源消耗快速 SVPWM 算法

常规SVPWM算法需要进行多次复杂的坐标变换并涉及大量的浮点乘法运算,增加了控制器的运算负荷且占用更多的内存空间。针对这一问题提出快速SVPWM方法,利用压缩变化将基础电压矢量转移至特殊位置,进而可以利用电压矢量变换后的两个分量的符号和大小判断其所在的扇区,无需进行其他数学运算;同时发现双边对称7段SVPWM三相占空比计算的特殊规律,将6个扇区分为3组,每组的2个扇区具有相同的运算规则,基于该发现提出简明扇区判据,只对矢量所属的组别进行判定,由判据结果可以直接获得三相占空比,进一步简化算法,减少了运算量和程序代码长度。通过仿真对算法的可行性进行了验证,同时在以DSP为控制核心的永磁电机实验平台上进行了实验。实验表明,在浮点DSP平台上快速SVPWM算法的运算速度提高了38%,同时减少了程序代码所占的存储空间,节省了45个字节的内存空间。     

基于定点DSP的电参量测量算法优化

针对定点DSP计算高精度电能质量相关电参量时计算量不足和数据溢出的问题,提出了对电参量算法的优化方法。根据定点DSP数据最大为32bit和善于计算乘累加的特点,改进电参量算法在DSP上的实现方式,并给出了算法优化推导过程,分析了优化前后的误差。通过实验验证经过优化后可以有效的防止数据溢出,大幅度降低计算量,避免了更换DSP带来的二次开发。     

电压源换流器闭环控制的实时联合仿真

为解决电压源换流器闭环控制实时仿真中计算效率和仿真精度难以兼顾、计算量大的问题,提出了基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、个人计算机(PC)架构的电力电子实时联合仿真方案。该方案为电力电子系统提供了一个多速率仿真平台。在该平台上,采用连续–离散模型分离法分割电压源换流器模型以及提取参数,采用开关函数法与状态空间法设计浮点型解算器,运用系统快速成型法快速建立仿真系统模型。对三相两电平逆变器闭环控制系统算例进行实时多速率仿真测试,FPGA以500 ns的仿真步长实现逆变器的高速解算,DSP以2μs的步长实现控制部分的低速仿真。结果表明:实时联合仿真比多速率离线仿真提速233倍,比单速率离线仿真提速991倍,且范式误差仅为1%,显著提高了仿真准确度与计算效率;且系统快速成型法采用自动代码生成技术,明显缩短了开发周期。     

RBF神经网络算法及在定点DSP上的快速实现

首先介绍了径向基函数神经网络(RBFNN)的结构和运算,分析了完成算法的复杂性,而后给出了如何运用泰勒公式及虚拟浮点库(IQmath Library)实现RBF神经网络在定点DSP上的快速实现的方法,并结合运算实例,验证了此算法的有效性。     

一种a，b，c坐标系频率自适应谐波检测算法

传统的基于瞬时无功功率理论的谐波检测算法需要4次矩阵运算和三角函数运算,算法复杂.针对该问题,提出一种基于瞬时无功功率理论的谐波检测算法,只需一次矩阵运算即可实现与传统算法等效的检测结果.采用高速定点DSP芯片TMS320F2812对提出的算法进行数字化实现.实验结果表明,提出的算法与传统谐波检测算法等效,但该算法更简单,大大减少了执行时间.     

基于FPGA的模块化通用型电力电子控制平台

基于电力电子装置模块化与集成化思想,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的模块化电力电子分布式控制平台。该平台采用主从结构,充分利用FPGA并行处理能力,实现主从控制器间高速数据交互、同步及从控制器数量扩展,易于通用性设计。主控制器同时提供与数字信号处理器(DSP)等处理芯片的通讯接口,可构成完整电力电子控制系统,实现复杂算法与逻辑控制功能。实验证明了该控制平台的设计合理性与有效性。     

多DSP处理器HOST接口的硬件设计

在现代通信、雷达和声纳系统中,需要进行非常复杂的数据处理。目前解决这些问题的有效办法是将多个DSP组成阵列处理系统,以增加整体数据处理能力。针对系统的要求,采用基于CPCI的高速阵列信号处理板卡。该板选用AD公司的高性能浮点DSP处理器TigerSharc101,使整板具有14．4GFLOPS的峰值浮点运算能力,它提供Link Port来实现片间和板间通信。本文介绍了该板的原理框图,FPGA的实现结构,着重于Host接口逻辑设计。实践证明,该板具有超强的运算能力和良好的扩展性。     

改进CORDIC算法实现及其在边缘检测中的应用

针对图像处理中的超越函数的计算，对传统的CORDIC算法进行研究改进，设计并实现了定点、浮点计算的硬件单元。提出两种CORDIC算法迭代的微旋转角度，扩展了函数计算的定义域，并采用角度编码的方式减少了三角函数计算的迭代次数。可在向量模式下实现反正切、开方以及旋转模式下正弦、余弦这4种超越函数的计算。定点、浮点单元均采用流水线的结构设计，可通过模式配置选择计算的函数。浮点单元采用IEEE 754单精度浮点数的格式，数据通路包括对阶、迭代、规格化，以24个时钟周期完成一次浮点数的计算。编写SystemVerilog平台的验证，定点计算精度最差为10-3，浮点计算误差为10-7，并在FPGA上进行板级验证，32 bit定点数计算最大工作频率可达2439 MHz，相比传统的CORDIC算法占用的资源更小。将改进的定点CORDIC算法应用于图像Sobel边缘检测，边缘更加清晰，成像速度更快，并搭建FPGA图像数据采集、处理与显示系统，完成算法处理的实际验证。     

Teaching DSP software development: from design to fixed-point implementations

In this paper, a digital signal processing (DSP) software development process is described. It starts from the conceptual algorithm design and computer simulation using MATLAB, Simulink, or floating-point C programs. The finite-word-length analysis using MATLAB fixed-point functions or Simulink follows with fixed-point blockset. After verification of the algorithm, a fixed-point C program is developed for a specific fixed-point DSP processor. Software efficiency can be further improved by using mixed C-and-assembly programs, intrinsic functions, and optimized assembly routines in DSP libraries. This integrated software-development process enables students and engineers to understand and appreciate the important differences between floating-point simulations and fixed-point implementation considerations and applications.     

基于DSP 28335的单相有源滤波控制器设计

针对有源电力滤波器(APF)要求快速、精确地检测谐波电流的特点,在此利用高速浮点数字信号处理芯片DSP 28335作为处理器,设计了一种全数字单相APF控制器,给出了硬件结构和软件流程。实验表明,该控制器方案较传统利用定点DSP芯片的控制器更加简单、快速、有效。     

A Primer on Fractions

The decision to use fixed-point arithmetic on an integer CPU or floating-point on a specialized processor is one that is common not only in digital signal processing applications, but also in many embedded applications. It is a typical engineering tradeoff fixed-point processing is cheaper, being implementable on common integer hardware, but the algorithms are complicated and the capabilities are limited; floating-point processing requires specialized hardware with additional cost, but the ease of programming and the extra range may be critical to completing the task. Other factors such as computation speed, power, and algorithm development may also be factors to consider. Your specific application may dictate which of the two you select.     

DSP在永磁同步电机速度控制中的应用

TMS320LF2407芯片作为数字信号处理器(DSP)24x系列的新成员,是TMS320C2000TM平台下的一种定点DSP芯片。它在与现存24xDSP控制器芯片代码兼容的同时,具有处理性能更好,外设集成度更高,程序存储器更大,A/D转换速度更快等优点。本文在分析其结构特点的基础上,讨论了永磁同步电机(PMSM)的矢量控制调速系统,给出了PMSM速度控制的软件和硬件实现方法。实验结果表明,采用TMS320LF2407实现电机调速,能够获得良好的跟踪性能和较高的稳态精度,从而提高了电机的控制能力。     

数字正交解调在定点DSP上的实现

将数字正交解调算法应用到船用无线气象传真机的数字化信号处理平台上,对传真信号进行解调。对解调算法进行仿真验证并基于定点数字信号处理器DSP芯片对算法进行了实现。仿真和实验结果表明,开发的信号处理平台工作稳定可靠,算法可以实现对相信号解调,验证了方案的可行性和正确性。     

采用数字控制的400 Hz大功率逆变电源

详细分析数字控制对400 Hz大功率逆变电源特性尤其是计算延时对电感电流反馈环或电容电流反馈环带宽的影响。分析表明数字控制使得电流反馈环带宽大大减小,逆变电源无法抑制由于死区时间以及非线性负载等非线性因素产生的低次谐波,降低了电源的性能。分析其它采用电压、电流双闭环数字控制的400 Hz逆变电源必须采用幅值环作为外环控制的原因,并指出其存在的缺点。为了获得高性能的控制效果,提出一种基于谐振控制器的新型的单电压环控制策略,并分析现有文献中谐振控制器的不同离散化方法之间的关系,进而提出谐振控制器数字化实现的一种更为直接的方法。所提出的数字化控制方法简单易行,可以实现特定谐波的完全消除,即便在定点数字信号处理器(digital signal processor,DSP)上也能很好地实现。在16位定点DSP控制的三相90 kVA组合式400 Hz逆变电源上的线性负载以及非线性负载实验表明,该方法正确可行,性能优良。     

基于并行数据处理结构的电能质量在线监测

提出了基于现场可编程门阵列器件FPGA与数字信号处理器DSP并行结构的在线电能质量监测与分析。由FPGA同步产生系统控制时序,并充分利用FPGA与DSP各自在数字信号处理领域中的特点,在FP GA内设计了16位浮点FFT运算模块用于谐波分析,应用DSP实现电压波动与闪变等电能质量指标数据的计算,采用FPGA与DSP并行数据处理的方式,达到采样与数据处理的同步进行的目的,从而完成对多路信号的无缝采样与分析。     

关注区可变的实时仿真方法与平台

交直流混合电网的实时仿真既要考虑电力电子设备的开关特性,又要保证适应较大的电网规模,在实际工程中面临诸多困难.给子网络赋予动态可变的关注标志,对关注子网络采用存储压力小的节点消去法,对非关注子网络采用计算量少的线性组合法,从而保证骨架型节点电压法的实用性.在Xilinx公司的Virtex-7 FPGA VC709开发板中,采用无缝的并行化仿真计算程序对接方式和灵活的结构参数查询方法解决了现场可编程逻辑门阵列资源的紧缺问题,设计了一种关注区可变的实时数字仿真平台.以典型的交直流混合电网为例,仿真验证了所提方法的可行性与所研发平台的有效性.