Hogy volt akkor? Hogy lenne ma?

Átírás

1 Adatátvitel a földi állomásra és a fedélzeti adattárolás kérdései. Dr. Hetényi Tamás 2015 Február 27

2 Projektek ETMSZ SSPI Whistler VEGA egyéb Hogy volt akkor? Hogy lenne ma?

3 618-as labor Z80 hőskora. PDP-12 személyi számítógép

4 Kicsit magamról 1971-től 85-ig BME (618-as labor) 85-től 2009-ig USA 2011 augusztusig:győr, Széchenyi István Egyetem Jelenleg: Bonn Hungary

5 Emlékezzünk a Moore törvényre Gordon Moore (Intel alapító), 1965: a komponenssűrűség 2 évente megduplázódik. Valóság: 18 hónap ben megjósolta az exponenciális folyamat telítődését. Másodlagos kihatások: Komponens méret csökkenése miatt növekvő (órajel)frekvenciák. Komponensszám architektúrális lehetőségeket nyit. Shockley 1947-ben fedezte fel a tranzisztort!!! (én egy évvel öregebb vagyok nála )

6 ETMSZ (A/D konverter) 9 bit Szukcesszív approximációs Diszkrét logika

7 A/D konverterek Szukcesszív approximációs Integráló Flash

8 Jelfeldolgozó csatorna Egycsatornás rendszert vizsgálunk (a legtöbb praktikus rendszer több csatornás). Jelfeldolgozó logika időben és amplitúdóban kvantált (diszkrét) jelet dolgoz fel. Pontatlanságokat és hatásukat figyelembe kell venni. Állandó mintavételi frekvenciánál (f s ) a feldolgozásra rendelkezésre álló idő a mintavételi idő (T s = 1/ f s )

9 Mintavételezés Mintavevő (tartó) ideális pillanatkapcsoló. Mintavevő jel Dirac impulzus sorozat Forrásjel és a mintavételi pillanatok (pillanat = zéró dimenzió) Mintavett jel

10 Mintavételezés fajtái Állandó mintavételezési frekvencia Multirate: több bemenet esetén más mintavételi frekvencia a különféle jel sávszélességekhez illesztve. Adaptív: A mintavételi frekvencia a jel sávszélességének megfelelően változik

11 Amplitúdó kvantálás Lépcsős átviteli függvény. Kvantálási hiba (6n+1.8dB szinusz jelre) Amplitúdó bizonytalanság és Apertúra idő és bizonytalanság (mintavevő tartóval csökkenthető)

12 Mintavett jel spektruma A természetben előforduló jelek sávhatároltak. Jel és spektruma. Mintavevő jel és spektruma. Mintavett jel és spektruma.

13 Jelvisszaállítás Mintavett jel és spektruma. Ideális alul-áteresztő szűrő A megszűrt mintavett jel és spektruma. Következtetés: az ideális alul áteresztő szűrő visszaállította az eredeti jelet

14 Nyquist tétel és a bemenő szűrő szükségessége Nyquist: Ha a mintavételi frekvenciát a jel maximális frekvenciájának kétszeresénél nagyobbra választjuk, a mintavett jelből az eredeti jel pontosan visszaállítható. Gyakorlatban 3-5szörös faktor követendő. A rendszer bemenetén anti aliasing szűrő szükséges annak érdekében, hogy olyan parazita jelek (pl. zajok) ne kerülhessenek a rendszerbe melyek frekvenciája nagyobb a jel maximális frekvenciájának kétszeresénél.

15 Alulmintavételezés Enyhe alulmintavételezés Drasztikus alulmintavételezés

16 Valós idejű (real-time) rendszerek Valós idejű rendszer: Eseményekre és bemenőjelekre adott időhatárokon belül kell reagálnia. (Nem csak helyes eredményt kell produkálnia, hanem azokat adott időn belül kell előállítania) Beágyazott rendszer: Speciális célú rendszer amely kompakt, gyors és nagy megbízhatóságú operációs rendszerrel vezérli a mikroprocesszort. Hibatűrő rendszer: Ideális esetben: teljesíti feladatát hardware és szoftver hibáktól függetlenül Gyakorlatban: csak a valószínűbb meghibásodásokra tudunk koncentrálni

17 Implementációk A cél a Signal Processing Logic Function (Jelfeldolgozó egység) műveleti idejének redukálása, mert Minél rövidebb ez a műveleti idő annál magasabbra választható a mintavételi frekvencia azaz Rendszerünk annál szélesebb sávú jelek feldolgozására képes.

18 Gyakorlati implementációk Említsük meg az analóg vezérlőket, rendszereket hiszen azok is a valós idejű rendszerekhez tartozhatnak. Számítógépes implementációk. DSP implementációk. Célhardver implementációk (FPGA, CPLD, SoC, Custom) Vegyes implementációk (DSP-FPGA kombináció, neurális hálózatok )

19 SSPI Műholdas adatgyűjtő Műhold és bóják 618 csinálta a Z80 alapú rendszer tesztelőt (bójákhoz is)

20 Whistler kutatás Fulgúr. SAS (műholdas változat. Úrmeteorológia. /hun11.htm

21 Villámok által keltett jelek áthaladnak az ionoszférán. A vett jel lefutása (alakja) fontos információkat tartalmaz környezetünkről.

22 Jelek előfeldolgozás után

23 Feldolgozás algoritmusa Egyezést keresünk referencia whistlerek adatbázisán. Az ELTE AWA (Automatic Whistler Analyzer) módszere a whistler vonalakat függőleges vonalakká konvertálja. 2D FFT Legerősebb vízszintes vonal jelöli a legjobb egyezést.

24 HPC szoftver keresést végez

25 VEGA program A Giotto műhold közelíti a Halley üstökös magját 1986 Március 13- án.

26 Halley üstökös 1705-ben az angol Edmund Halley publikálta, hogy az 1531-ben, 1607-ben és 1682-ben látott üstökös ugyanaz az égitest volt és megjósolta visszatértét 1758-ra. Perihelium: AU Apohelium: 35.1 AU Keringési idő: 75.3 év 1 AU (Astronomical Unit) = km (átlagos Nap-Föld távolság)

27 Űrmissziók a Halley üstököshöz (1986)

28 Digitális labor (618) BLISZI részvétele Fedélzeti adatgyűjtő (65kbit és 3 kbit, hármas tartalékolás). BUNA Parancs konverter. BLISZI KIA Z80 alapú ellenőrző mely a teljes rendszer ellenőrzését is elvégezte

29 Egyéb történetek a hőskorból Antenna irányítás. TIROS-N vétele. Meteosat. Magyar űrhajósok

30 SAR képfeldolgozás

31 Radar alapelv

32 Radar jelek

33 Real-time szoftver Repülés közben azonnal feldolgozott képet ad. Manipulálható

34 Hetényi Tamás 2011 Február 25

35 Hetényi Tamás 2011 Február 25

36 Spektrum analízis Eőszűrők Adatjelek Hopping detekció Fejlesztés alatt: demoduláció

37 A Sze Projekt Algoritmusok gyorsítása GPU Parallel multiprocesszor FPGA

38 Impulse CoDeveloper koncepció Programozás sztenderd C eszközökkel Profilírozás és Partícionálás a processzor és az FPGA gyorsító között. Ellenőrzés és hibakeresés a C rendszerek eszközeivel. Application Monitor. C kód automatikus Párhuzamosítása és Pipelineing-je. FPGA hardware automatikus generálása. Szelektált platformhoz host-fpga interfész automatikus generálása.

39 Impulse C project

40 Hardware szimuláció

41 Generált hardware struktúra analízise

42 Pico Computing EX 160 X8 vagy x16 PCIe. 7 E-16 kártya, vagy 4 E-17 kártya x1 PCIe vonal minden kártyához

43 Pico Computing E-17 Xilinx Virtex-5 FX70T / SX50T / LX50T ExpressCard/54 256MB DDR2 64MB FLASH 4 Multi-Gigabit Transceivers

44 Pico M sorozat (Virtex-6)

45 Nallatech

46 Az anyaghoz kapcsolódó kérdések Mit állított Moore törvénye? Melyek a fontosabb A/D konverter algoritmusok? Melyek az amplitúdó kvantálás hibahatásai? Milyen az ideális mintavett jel spektruma? Milyen eszközzel állítható vissza az eredeti jel a mintavett jelből? Mit állít Nyquist tétel? Miért szüksége a rendszer bemenetén az alul-áteresztő szűrő? Milyen hibát okoz az alul-mintavételezés? Mi a valós idejű (real-time) rendszer definíciója?