sviluppo di un correlatore in tempo reale per applicazioni di prospezione acustica bidimensionale...
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Sviluppo di un correlatore in tempo reale per applicazioni di prospezione acustica
bidimensionale
Laureando:
Francesco Armani
Relatore:
Antonio Boscolo
Correlatori:
Giuseppe Boscolo
Alessandro Cont
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OBIETTIVI
Dispositivo embedded per l’elaborazione dati
Da inserire in uno strumento di misura– Tempo di elaborazione <50ms
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SPECIFICHE
Sequenza dati digitaliLunghezza: 8000 elementiAmpiezza: 1bitVelocità: 1Mbit/s
Acquisizione e memorizzazione
Elaborazione sequenze
Oggetto della misura
Testa di misura
Elaborazione
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SPECIFICHE
Due sequenze consecutive differiscono per:
– Rumore
– Ritardo variabile (Profilo di ritardo)
X1[n] = f[n] + N1[n]
X2[n] = f[n + [n]] + N2[n]
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ESTRAZIONE PROFILO DI RITARDO
Ritardo variabile:– Come prima ma
correlazione di sottosequenze
Ritardo costante:– Correlazione dei due segnali Rxy– Ricerca del massimo
X1
X2
X
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CALCOLO DELLA CORRELAZIONE
Somma di convoluzione
C[k]=nX1[n]X2[n+k]FFT e IFFT
Caso binario: AND, incrementa e shift Profondità limitata a 20bit
Algoritmo veloce Dispositivi dedicati
Realizzazione del dispositivo
Spazio di memoria per risultati intermedi
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CALCOLO DELLA CORRELAZIONE
Numero di operazioni
– Soluzione full software: 4*106
– Soluzione mista: 0.7*106 SW
0.16*106 HW
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LA SCELTA: ARCHITETTURA MISTA
– Operazioni ripetitive ma semplici– Realizzabile con componenti discreti– Meno lavoro al controllore
CORRELATORE HARDWARE
IN
CONTROLLORE
Correlazione di sottosequnze
Ricerca del massimo Memorizzazione indice
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ELABORAZIONE
Start Scansione sequenze
Leggi valore correlazione e
confronta con max
Fine sequenze
?
Incrementa shift sequenza
Shift = 20?
End
Acquisizione 2 sequenze
No
Si
Si
No
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ELABORAZIONE
Problema ai bordi delle sottosequenzeoverlapp
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SVILUPPO
Ogni ciclo di clock:– Una lettura in memoria– Un prodotto logico– Un’accumulazione
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SVILUPPO
Memorie ad accesso direttoContatori per gestire gli indirizzi
Accesso sequenziale ai dati
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VERIFICA FUNZIONALITÀ
Software in LabView per l’emulazione testa di misura
Interfaccia USB-FIFO con il controllore
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VERIFICA FUNZIONALITÀ
X1[n]
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0
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n4000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380
D.U.T
’[n]
+N1[n]
+N2[n] [n] X2[n]
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VERIFICA FUNZIONALITÀ
Misura Segnale/Rumore:
Rapporto di potenze
dxxfxPx )(2
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TEST-1: ASSENZA DI RUMORE
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n4000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380
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TEST-2: S/N=1
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n4000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380
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TEST-3: S/N=0,25
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n4000 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380
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TEST-4: S/N=0,25, MEDIA
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CONCLUSIONI
Alimentazione 5V, 150mA
Velocità di acquisizione Fino a 60Mbit/s
Lunghezza massima sequenze memorizzabili
64kbit
Numero sequenze memorizzabili
2, espandibile fino a 32
Tempo di correlazione, 20 bit di profondità
8kbit 23 ms
2kbit 6 ms
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CONCLUSIONI
Obiettivi
Flessibilità
Possibilità integrazione
Vincoli di tempo (<50ms)
Sistema embedded
Controllore generico