И.И. Левин1, А.А. Гуленок2, Е.А. Семерников3

1 Южный федеральный университет (г. Ростов-на-Дону, Россия)

2,3 ООО «НИЦ СЭ и НК» (г. Таганрог, Россия)

1 levin@sfedu.ru; 2 gulenok@superevm.ru; 3 semernikov@superevm.ru

Постановка проблемы. Скорость подачи данных на вход рекурсивного фильтра зависит от времени выполнения всех вычислительных операций, задаваемых разностным уравнением, т.е. подача и обработка очередного входной отсчета происходит только после завершения обработки предыдущего отсчета. Для подачи данных в высоком темпе необходимо или использовать более производительные вычислительные устройства, или распараллелить вычисления. До настоящего времени для распараллеливания вычислений, описываемых рекурсивными выражениями, применялся метод последовательных автоподстановок, позволяющий корректно ввести в цепи обратной связи конвейерные регистры и обеспечить использование высокопроизводительных вычислительных узлов, построенных по конвейерному принципу. В этом методе число дополнительных операций в зависимости от уровня распараллеливания вычислений описывается линейной функцией. До настоящего времени считалось, применение метода последовательных автоподстановок в распараллеливании рекурсивных выражений является наиболее эффективным решением.

Цель. Разработать новый, более эффективный в части затрат оборудования, метод распараллеливания вычислений в рекурсивных выражениях.

Результаты. Предложен новый метод вложенных автоподстановок, обладающий логарифмической функцией увеличения числа операций в зависимости от уровня распараллеливания вычислений. Приведены структурные схемы конвейеризованых фильтров 2-го порядка для обоих методов распараллеливания. На примере вычислений в рекурсивных фильтрах 2-го и 1-го порядков показана эффективность нового метода по сравнению с известным методом последовательных автоподстановок. Проведено моделирование работы конвейеризованного фильтра по методу вложенных автоподстановок при обработке случайных цифровых последовательностей, результаты которого продемонстрировали совпадение с данными, полученными при обработке таких же цифровых последовательностей неконвейеризованным фильтром-прототипом 2-го порядка.

Практическая значимость. Разработанный метод вложенных автоподстановок для конвейеризации рекурсивных выражений обладает бо́льшей эффективностью, так как требует существенно ме́ньших аппаратных затрат, чем известный метод последовательных автоподстановок.

Левин И.И., Гуленок А.А., Семерников Е.А. Метод вложенных автоподстановок для конвейеризации вычислений в рекурсивных фильтрах // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 10. С. 17-28. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202510-02

1. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир. 1987. 848 с.
2. Коуги П.М. Архитектура конвейерных ЭВМ: Пер. с англ. М.: Радио и связь. 1985.
3. Левин И.И., Семерников Е.А. Устойчивость конвейерных рекурсивных фильтров // Вестник Южного научного центра Российской академии наук. 2005. Т. 1. Вып. 2. С. 28-40.
4. Пархи К.К. Методы преобразования алгоритмов для параллельных процессоров // ТИИЭР. 1987. Т. 77. № 12. С. 96–114.
5. Левин И.И., Михайлов Д.В. Метод определения устойчивости рекурсивного адаптивного конвейеризованного фильтра // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 3(6) С. 5–11. DOI: 10.18127/j00338486-202003(06)-01.
6. Семерников Е.А, Семерникова Е.Е., Трунов И.Л. Распределение корней цифровых конвейерных фильтров второго порядка // Известия ЮФУ. Технические науки. Тематический выпуск «Безопасность телекоммуникационных систем». 2008. № 3(80). С. 28–33.
7. Дордопуло А.И., Левин И.И., Гудков В.А., Гуленок А.А. Программный комплекс высокоуровневого синтеза конфигурационных файлов для многокристальных реконфигурируемых вычислительных систем // Труды междунар. конф. «Параллельные вычислительные технологии» (ПАВТ’2023). 2023. С. 133-142.