ОПТИМІЗАЦІЯ РЕАЛІЗАЦІЇ ЦИФРОВИХ ГРЕБІНЧАСТИХ ФІЛЬТРІВ НА БАЗІ СУЧАСНИХ МІКРОКОНТРОЛЕРІВ ДЛЯ ЗАДАЧ ОБРОБКИ СИГНАЛІВ У РЕАЛЬНОМУ ЧАСІ

Анотація

У статті представлено результати дослідження та практичної реалізації цифрових гребінчастих фільтрів на базі мікроконтролерів серії STM32 (ядро ARM Cortex-M4). Актуальність теми зумовлена необхідністю підвищення обчислювальної ефективності та зниження апаратних витрат у системах цифрової обробки сигналів реального часу. Вдосконалення методики реалізації гребінчастих фільтрів дозволяє оптимізувати процеси децимації в сучасних телекомунікаційних стандартах та покращити якість фільтрації періодичних завад у складних завадових умовах.
Метою статті є дослідження комбінаційного методу програмної та апаратної реалізації рекурсивних та нерекурсивних гребінчастих фільтрів на базі мікроконтролера STM32 для забезпечення їх роботи у режимі реального часу при мінімальному використанні ресурсу пам’яті, а також оцінка їхніх частотних характеристик при обробці сигналів із заданою частотою дискретизації.
Розглянуто математичні моделі рекурсивних і нерекурсивних гребінчастих фільтрів, а також особливості їхньої адаптації до архітектур із обмеженими обчислювальними ресурсами. Запропоновано методику оптимізації алгоритму через використання кільцевих буферів, механізмів прямого доступу до пам’яті та бібліотеки CMSIS-DSP. Проведено порівняльний аналіз завантаженості центрального процесора при використанні арифметики з плаваючою та фіксованою комою. Експериментально підтверджено ефективність запропонованих рішень для фільтрації періодичних завад у реальному часі.
Практичне значення отриманих результатів: зниження обчислювального навантаження на центральний процесор; створення готових програмних шаблонів на базі бібліотеки CMSIS-DSP, що скорочує термін розробки та налагодження вбудованих систем на базі ядер Cortex-M; можливість реалізації фільтрів високого порядку на мікроконтролерах з обмеженими ресурсами без втрати частоти дискретизації.