JP2008071170A - Floating point arithmetic unit and radar signal processing unit using this unit - Google Patents
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Abstract
【課題】 処理対象データが固定小数点フォーマットで浮動小数点フォーマットに変換する必要があってもフィルタ演算全体の処理時間を短縮可能とする。
【解決手段】 入力直後のフィルタ演算を固定小数点演算で実施し、その演算結果を浮動小数点フォーマットに変換する構成とする。ここで、浮動小数点演算を扱えるDSPでは、計算と浮動小数点変換を同時に実行することが可能であることに着目し、計算命令、メモリアクセス命令、浮動小数点変換命令を最適に組み合わせ、従来、入力直後に独立して行っていた浮動小数点変換処理をその後のフィルタ演算で同時に実行する。この構成により、浮動小数点変換処理の効率が高められ、処理時間が極小となる。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To shorten the processing time of an entire filter operation even when processing target data needs to be converted into a floating point format in a fixed point format.
A filter operation immediately after input is performed by a fixed-point operation, and the operation result is converted to a floating-point format. Here, paying attention to the fact that a DSP that can handle floating-point operations can execute calculation and floating-point conversion at the same time, the calculation instruction, memory access instruction, and floating-point conversion instruction are optimally combined. Floating point conversion processing that has been performed independently is simultaneously executed in subsequent filter operations. With this configuration, the efficiency of the floating point conversion process is increased and the processing time is minimized.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、DSP(デジタル・シグナル・プロセッサ)やCPU(コントロール・プロセッシング・ユニット)を用いて、ソフトウェア信号処理により浮動小数点演算を行う浮動小数点演算装置とこの装置を用いて高速処理を実現するレーダ信号処理装置に関する。 The present invention relates to a floating point arithmetic unit that performs floating point arithmetic by software signal processing using a DSP (digital signal processor) or CPU (control processing unit), and a radar that realizes high-speed processing using this device. The present invention relates to a signal processing device.
レーダ信号処理装置において、例えばMTI(Moving Target Indicator:移動目標指示装置)等のフィルタ処理では、広いダイナミックレンジが要求され、固定小数点フォーマットでは処理途中で桁あふれが生じてしまう。このため、浮動小数点フォーマットで演算を行うのが一般的である。尚、有効桁数が決まっている複雑な関数演算を高速に演算する浮動小数点演算装置の演算手法については、特許文献1に記載されている。
In a radar signal processing apparatus, for example, a filtering process such as MTI (Moving Target Indicator) requires a wide dynamic range, and in the fixed-point format, overflow occurs during the processing. For this reason, operations are generally performed in a floating-point format. Note that
ところが、通常、処理対象データは固定小数点フォーマットであり、処理の最初に固定小数点から浮動小数点へフォーマット変換を行う必要がある。この変換処理は、処理対象の全データについてフィルタ処理とは独立して行われるため、全体の処理に時間がかかる。また、固定小数点フォーマットによるデータ長は8〜16ビットが一般的である。この場合、単純に浮動小数点フォーマットに変換すると、単精度浮動小数点フォーマットでも32ビット長になってしまう。このように、必要とされる入力バッファメモリが固定小数点フォーマットのデータに対して倍以上のサイズが必要になる。
以上述べたように従来の浮動小数点演算装置では、固定小数点フォーマットの処理対象データに対し、処理の最初に固定小数点から浮動小数点へフォーマット変換を行うが、全データに対しての浮動小数点変換に要する処理時間が一連の処理中で独立して必要で、さらに次の処理ための入力バッファメモリは入力した固定小数点フォーマットのデータに対して倍以上のサイズを必要としていた。 As described above, in the conventional floating point arithmetic unit, the format conversion is performed on the processing target data in the fixed point format from the fixed point to the floating point at the beginning of the process. The processing time is required independently in a series of processing, and the input buffer memory for the next processing needs to be twice or more the size of the input fixed-point format data.
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、処理対象データが固定小数点フォーマットで浮動小数点フォーマットに変換する必要があっても全体の処理時間を短縮することができ、さらに浮動小数点での処理に要する入力バッファメモリのメモリサイズを削減することのできる浮動小数点演算装置とこの装置を用いて処理速度の高速化、小型化及び省電力化を実現することのできるレーダ信号処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problem, and even if the data to be processed needs to be converted into a floating-point format in a fixed-point format, the entire processing time can be shortened. A floating-point arithmetic unit capable of reducing the memory size of the input buffer memory required for the above processing and a radar signal processing device capable of realizing high-speed processing, miniaturization, and power saving using this device The purpose is to do.
本発明に係る浮動小数点演算装置は、固定小数点フォーマットによる演算と浮動小数点フォーマットへの変換を同時に行うプロセッサを初段に配置し、前記プロセッサで、前回の固定小数点フォーマットによる演算結果を浮動小数点フォーマットに変換している期間に次の固定小数点フォーマットによる演算を実行することを特徴とする。 The floating-point arithmetic unit according to the present invention has a processor that simultaneously performs a calculation in a fixed-point format and a conversion to the floating-point format in the first stage, and the processor converts the calculation result in the previous fixed-point format into the floating-point format. It is characterized in that the following fixed-point format operation is executed during the period.
また、本発明に係るレーダ信号処理装置は、固定小数点フォーマットによる演算と浮動小数点フォーマットへの変換を同時に行うプロセッサを初段に配置し、前回の固定小数点フォーマットによる演算結果を浮動小数点フォーマットに変換している期間に次の固定小数点フォーマットによる演算を実行する浮動小数点演算装置を備え、前記浮動小数点演算装置にレーダ信号を入力して係数乗算及び位相シフトによるフィルタ処理を演算することを特徴とする。 Further, the radar signal processing apparatus according to the present invention has a processor that simultaneously performs the calculation in the fixed-point format and the conversion to the floating-point format in the first stage, and converts the calculation result in the previous fixed-point format into the floating-point format. A floating-point arithmetic unit that performs an operation in the next fixed-point format during a certain period, and a radar signal is input to the floating-point arithmetic unit to perform filter processing by coefficient multiplication and phase shift.
本発明によれば、処理対象データが固定小数点フォーマットで浮動小数点フォーマットに変換する必要があっても全体の処理時間を短縮することができ、さらに浮動小数点での処理に要する入力バッファメモリのメモリサイズを削減することのできる浮動小数点演算装置と、この装置を用いて処理速度の高速化、小型化及び省電力化を実現することのできるレーダ信号処理装置を提供することができる。 According to the present invention, even if the data to be processed needs to be converted into a floating-point format in a fixed-point format, the entire processing time can be shortened, and the memory size of the input buffer memory required for processing in the floating-point Can be provided, and a radar signal processing device capable of realizing high-speed processing, miniaturization, and power saving by using this device can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明に係る浮動小数点演算装置が適用される、レーダ信号処理装置のMTIフィルタ部の構成を示すブロック図である。図1において、固定小数点フォーマットの処理対象入力データ(ここではデータ長を16ビットとする)はデジタル化されたレーダパルス受信信号であり、この入力データはMTIフィルタ処理部11に入力される。このMTIフィルタ処理部11は、浮動小数点演算を扱えるDSPを用いて固定小数点フォーマットの状態で入力データのMTIフィルタ演算を行ってクラッタ成分を除去し、目標信号を抽出する。この浮動小数点演算を扱えるDSPは、演算と同時に浮動小数点フォーマットに変換する機能を有する。MTIフィルタ処理部11で得られた目標信号は目標表示部12に送られ、目標位置が表示される。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an MTI filter unit of a radar signal processing apparatus to which a floating point arithmetic unit according to the present invention is applied. In FIG. 1, fixed-point format processing target input data (here, the data length is 16 bits) is a digitized radar pulse reception signal, and this input data is input to the MTI
上記MTIフィルタ処理部11に使用されるDSPは、具体的には図2に示すように構成される。図2において、111はALU(Arithmetic and Logic Unit:論理演算ユニット)、112は乗算器、113はシフタ、114は演算データファイルを一時保管用のレジスタ、115は係数(ウェイト)を格納するためのDAB(Data Buffer:データバッファ)である。レジスタ114はバス116を通じて送られてくる演算対象データ、DAB115に予め格納される係数データをそれぞれ取り込んで、演算プログラムに沿って、ALU111、乗算器112、シフタ113に指定データを送り、それぞれの処理結果を取り込む処理を繰り返し実行し、最終の演算結果を、バス116を通じて目標表示部12に送出する。
The DSP used in the MTI
ここで、上記乗算器112では、指定された係数と入力演算対象とを順次乗算し、その繰り返しによって累積加算を実行する。また、ALU111は、乗算器112の演算中にその1ステージ前の処理結果について、固有小数点を浮動小数点に変換する機能を備える。シフタ113は、レジスタ114の入力メモリリードに対してメモリライトのタイミングを調整する。
Here, the
上記構成において、以下、図3及び図4を参照してその実施例を説明する。 In the above configuration, an embodiment will be described below with reference to FIGS.
図3は上記MTIフィルタ処理部11で行われるMTIフィルタ処理例を示している。MTIフィルタ処理は固定目標(位相変化のないI/Qデータ)を除去し、移動目標(位相変化のあるI/Qデータ)のみを抽出する処理で、PRI(Pulse Repeat Interval:パルス繰り返し間隔)間で位相を反転させて加算する処理である。図3では、PRIに相当する遅延時間τの遅延器A1,A2と遅延前後を減算する演算器(Σ)B1,B2の組み合わせで構成される。ここでは、MTI係数W1 ,W2 ,W3 をそれぞれ1,−2,1と規定し、これらの係数をPRI毎に掛け合わせて加算する。但し、信号レベルの正規化は行わないものとする。このときのMTI計算方法は、MTIに利用する1〜3回目の受信パルスデータをP1 ,P2 ,P3 、各受信パルスデータに対するウェイトをW1 ,W2 ,W3 として、
MTIout =(W1 P1 +W2 P2 +W3 P3 )・α
Pi =I/Qデータ(iはPRI番号)
Wi =MTI係数(iはPRI番号)
α=MTIゲイン調整係数(初期設定パラメータ)
で与えられる。
FIG. 3 shows an example of MTI filter processing performed by the MTI
MTI out = (W 1 P 1 + W 2 P 2 + W 3 P 3 ) · α
Pi = I / Q data (i is the PRI number)
Wi = MTI coefficient (i is the PRI number)
α = MTI gain adjustment coefficient (initial setting parameter)
Given in.
図4は、上記MTIフィルタ処理において、図2に示すMTIに利用するPRI番号1〜3の受信パルスデータをP1 ,P2 ,P3 、MTI係数をW1 ,W2 ,W3 として、
MTIout =W1 P1 +W2 P2 +W3 P3
を演算する場合の処理の流れを示している。尚、図中( )は不要な動作であるが、プログラムの単純化のために実行させるものとする。また、ここでは説明を簡単にするため、α=1とする。
FIG. 4 shows that the received pulse data of
MTI out = W 1 P 1 + W 2 P 2 + W 3 P 3
The flow of processing when calculating is shown. Note that () in the figure is an unnecessary operation, but it is assumed to be executed to simplify the program. In addition, α = 1 is assumed here for the sake of simplicity.
まず、レジスタ114による入力メモリリードにおいて、[1]番目のリード時には、乗算器112では、[0]番目のリード時に得たデータを用いて
MTIout [0]=W1 P1 [0]+W2 P2 [0]+W3 P3 [0]
を演算する。
First, in the input memory read by the
MTI out [0] = W 1 P 1 [0] + W 2 P 2 [0] + W 3 P 3 [0]
Is calculated.
続いて、[2]番目のリード時には、乗算器112では、[1]番目のリード時に得たデータを用いて
MTIout [1]=W1 P1 [1]+W2 P2 [1]+W3 P3 [1]
を演算する。このとき、ALU111では、[1]リードの時の乗算器112の乗算結果MTIout [0](この状態では固定小数点)を取り込んで浮動小数点に変換する。
Subsequently, at the time of the [2] -th read, the
MTI out [1] = W 1 P 1 [1] + W 2 P 2 [1] + W 3 P 3 [1]
Is calculated. At this time, the ALU 111 takes in the multiplication result MTI out [0] (fixed point in this state) of the
以下同様に、i=2〜Nまでループを組み、[i+1]番目のリード時には、乗算器112では、
MTIout [i]=W1 P1 [i]+W2 P2 [i]+W3 P3 [i]
を演算する。このとき、ALU111では、[i−1]リードの時の乗算器112の乗算結果MTIout [i−1](この状態では固定小数点)を取り込んで浮動小数点に変換する。この時点で、シフタ113により浮動小数点のMTIout [i−2]がメモリライト処理される。
Similarly, a loop is formed from i = 2 to N, and at the [i + 1] th read, the
MTI out [i] = W 1 P 1 [i] + W 2 P 2 [i] + W 3 P 3 [i]
Is calculated. At this time, the
次に、[i+2]番目のリード時には、乗算器112では、
MTIout [i+1]=W1 P1 [i+1]+W2 P2 [i+1]+W3 P3 [i+1]
を演算する。このとき、ALU111では、[i]リードの時の乗算器112の乗算結果MTIout [i](この状態では固定小数点)を取り込んで浮動小数点に変換する。この時点で、シフタ113により浮動小数点のMTIout [i−1]がメモリライト処理される。
Next, at the [i + 2] -th read, the
MTI out [i + 1] = W 1 P 1 [i + 1] + W 2 P 2 [i + 1] + W 3 P 3 [i + 1]
Is calculated. At this time, the
以上の処理をi=Nまで繰り返し実行する。 The above processing is repeated until i = N.
すなわち、本発明に係る浮動小数点演算装置では、入力直後のフィルタ演算を固定小数点演算で実施し、その演算結果を浮動小数点フォーマットに変換する構成としている。ここで、浮動小数点演算を扱えるDSPでは、計算と浮動小数点変換を同時に実行することが可能で、計算命令、メモリアクセス命令、浮動小数点変換命令を最適に組み合わせることが可能である。そこで、従来、入力直後に独立して行っていた浮動小数点変換処理をその後のフィルタ演算で同時に実行する。このように構成することにより、浮動小数点変換処理の効率が高められ、処理時間が極小となる。 In other words, the floating point arithmetic unit according to the present invention is configured to perform the filter operation immediately after input by fixed point arithmetic and convert the arithmetic result to the floating point format. Here, in a DSP that can handle floating point operations, calculation and floating point conversion can be executed simultaneously, and a calculation instruction, a memory access instruction, and a floating point conversion instruction can be optimally combined. Therefore, the floating point conversion processing that has been performed independently immediately after the input is performed simultaneously in the subsequent filter operation. With this configuration, the efficiency of the floating point conversion process is increased and the processing time is minimized.
したがって、上記の処理構成によれば、浮動小数点演算に要する処理時間を極小化することができる。また、固定小数点フォーマットによるメモリサイズの削減もできる。その結果、上記構成による浮動小数点演算装置を用いたレーダ信号処理装置は、従来と比較してより少ないプロセッサ数で構成することができ、処理の高速化、小型化・省電力化の効果が得られる。 Therefore, according to the above processing configuration, the processing time required for the floating-point calculation can be minimized. In addition, the memory size can be reduced by the fixed-point format. As a result, the radar signal processing apparatus using the floating-point arithmetic unit having the above configuration can be configured with a smaller number of processors than the conventional one, and the effects of speeding up the processing, miniaturization and power saving can be obtained. It is done.
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、上記実施形態では、MTIフィルタ処理を行う場合について説明したが、他の浮動小数点演算を行うフィルタ処理においても同様に実施可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, in the above-described embodiment, the case where the MTI filter process is performed has been described, but the present invention can be similarly applied to a filter process that performs other floating-point operations. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
11…MTIフィルタ処理部、12…目標表示部、111…ALU(論理演算ユニット)、112…乗算器、113…シフタ、114…レジスタ、115…DAB(データバッファ)。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記プロセッサで、前回の固定小数点フォーマットによる演算結果を浮動小数点フォーマットに変換している期間に次の固定小数点フォーマットによる演算を実行することを特徴とする浮動小数点演算装置。 A processor that simultaneously performs operations in fixed-point format and conversion to floating-point format is placed in the first stage,
A floating-point arithmetic unit that performs an operation in the next fixed-point format during a period in which the arithmetic result in the previous fixed-point format is converted into the floating-point format in the processor.
前記浮動小数点演算装置にレーダ信号を入力して係数乗算及び位相シフトによるフィルタ処理を演算することを特徴とするレーダ信号処理装置。 A processor that performs operations in the fixed-point format and conversion to the floating-point format at the same time is placed in the first stage, and the operation in the next fixed-point format is executed during the period when the previous operation result in the fixed-point format is converted to the floating-point format. A floating point arithmetic unit
A radar signal processing apparatus, wherein a radar signal is input to the floating point arithmetic unit to perform filter processing by coefficient multiplication and phase shift.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010244451A (en) * | 2009-04-09 | 2010-10-28 | Seiko Epson Corp | Information processing apparatus, arithmetic processing method, and electronic apparatus |
| US8879628B2 (en) | 2011-02-21 | 2014-11-04 | Dolby Laboratories Licensing Corporation | Floating point video coding |
| CN111290790A (en) * | 2020-01-22 | 2020-06-16 | 安徽大学 | Conversion device for converting fixed point into floating point |
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- 2006-09-14 JP JP2006249817A patent/JP2008071170A/en active Pending
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