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Présentation du système 4X
Processeur numérique de signal en temps réel

Giuseppe di Giugno, Jean Kott

Rapport Ircam 32/81, 1981
Copyright © Ircam - Centre Georges-Pompidou 1998

Sommaire

I - Présentation
- I. 1. Le Système 4X dans son environnement.
- I. 2. Structure fonctionnelle du système 4X.
- I. 3. Présentation détaillée de la Carte Universelle 4U.
- I. 4. Fonctionnement du Système 4X.
- I. 5. Logiciel.
II - Conclusion
- II. 1. Résumé des possibilités du Système 4X.
- II. 2. Fonctions principales - Traitement du signal et traitement d'information.
Annexe I - Justification théorique de l'exemple de microprogrammation.
Annexe II - Langage d'interconnexion
Annexe III - Spécifications générales du Système 4X
Annexe IV - Photos du Système 4X

I - Présentation

I.1. Le Système 4X dans son environnement

Le Système 4X peut être considéré comme un périphérique d'ordinateur spécialisé dans le traitement du signal en temps réel. Il assure un rôle d'interface intelligent entre l'ordinateur, une mémoire de masse d'une part, les signaux traités d'autre part (voir Figure 1).

Figure 1

Le système ayant été conçu par les chercheurs de l'Ircam, ce sont essentiellement des signaux sonores qui ont été traités. Toutefois ce système est suffisamment polyvalent pour s'adapter au traitement des informations dans un tout autre domaine.

Les informations traitées se présentent sous une forme de 16 bits, ce qui assure une dynamique possible de 96 dB. De plus, un ensemble de convertisseurs assure les transformations analogiques/numériques.

L'ordinateur est chargé de gérer les fonctions du Système 4X comme indiqué Figure 2.

La mémoire de masse permet le stockage de 3 types d'informations : les données destinées au Système 4X, les données qui en proviennent ainsi que ses modes de fonctionnement. (voir Figure 2)

I.2. Structure fonctionnelle du Système 4X - (Figure 2)

Figure 2

Le système se présente sous la forme d'un rack pouvant contenir :

8 cartes universelles de traitement appelées 4U
3 cartes assurant la gestion du système et l'interfaçage avec l'extérieur appelées 4 MT, 4 TI, 4 IC.

L'ensemble est placé dans une baie contenant aussi une alimentation 7,5V servant à commander des régulateurs 5V implantés sur chaque carte.

I.2.1. Carte universelle 4U - (Figure 3)

Figure 3

Sa description plus détaillée sera effectuée au I.3. Ce module, par programmation, peut présenter diverses configurations fonctionnelles telles que : additionneurs - soustracteurs - multiplieurs - oscillateurs - lignes à retard et dispersives, etc... et toutes combinaisons de ces éléments.

Exemple d'utilisation dans le domaine électro-acoustique.
Générateur de sons : pur, complexe (vibrato, glissando, etc.) effet de réverbération.

Cette carte se compose essentiellement :

d'un bloc de calcul,
d'une mémoire de formes d'ondes,
d'une mémoire de données,
d'une table d'adresses,
d'une mémoire de microprogramme,
de deux blocs de communication avec les bus du Système 4X.

Ces éléments communiquent entre eux par deux bus internes.

I.2.2. Carte Mémoire-Tampon 4 MT

Cette carte contient une mémoire de lecture-écriture, à stockage permanent, d'une capacité de 16 K mots de 16 bits, assurant la liaison entre le Système 4X et les dispositifs placés sur le bus système (bande magnétique - disque - etc.).

Cette mémoire-tampon est chargée de stocker deux types d'éléments : des données et exceptionnellement des configurations fonctionnelles.

Les données sont, soit des informations, produites par le Système 4X, qui doivent être stockées en vue d'une utilisation ultérieure soit des informations destinées au Système 4X en vue d'un traitement.
Les configurations fonctionnelles sont des éléments de programmation permettant de créer les différentes structures fonctionnelles des cartes 4U précisées au I.2.1. Celles-ci transitent habituellement directement de l'ordinateur vers la mémoire concernée, via le bus S.

Ceci permet de créer et d'utiliser une bibliothèque de structures fonctionnelles.

Exemple dans le domaine électro-acoustique :
Après avoir obtenu une configuration orchestrale, la programmation définissant celle-ci peut être mémorisée en vue de sa réutilisation. D'autre part, l'oeuvre produite peut également être mémorisée sous forme de données. Une oeuvre ainsi pré-enregistrée peut servir de données de base à un traitement ultérieur.

I.2.3. Carte timer et interconnexion 4 TI

Cette carte comprend :

256 timers assurant la génération de signaux d'interruption,
Une logique d'arbitrage du bus d'interconnexion et sa mémoire signal associée,
Une unité de gestion des entrées-sorties assurant la liaison entre le Système 4X et l'extérieur.

Les timers sont des compteurs programmables qui permettent de déterminer des intervalles de temps à la fin desquels une requête d'intervention au calculateur (interruption) l'oblige à suspendre la tâche qu'il effectuait, afin de modifier des éléments du traitement en cours dans le Système 4X.

Exemple dans le domaine électro-acoustique :
Les principales applications des timers sont d'une part l'élaboration d'enveloppes pour l'évolution des amplitudes et des fréquences des oscillateurs, et d'autre part l'évolution des fréquences de coupures de filtres.

La logique d'interconnexion permet le transfert de données entre une carte et d'autres parmi les 8 cartes 4U, la carte 4 MT et la carte 4 TI elle-même, ceci par l'intermédiaire du bus d'interconnexion (Figure 2).

Les interconnexions à réaliser sont spécifiées par le contenu d'une mémoire de 512 mots de 14 bits préalablement chargée par le calculateur.

L'unité de gestion des entrées-sorties gère la communication avec l'extérieur, soit sous forme numérique (16 bits), soit sous forme analogique ; dans ce cas elle prend en charge la gestion des convertisseurs placés à l'extérieur :

16 convertisseurs analogiques-numériques (CAN) et
16 numériques-analogiques (CNA),

(voir Figure 2).

Exemple dans le domaine électro-acoustique : voir Figure 4.

Figure 4

I.2.4. Carte interface calculateur 4 IC

Cette carte assure la fonction désormais classique, de couplage entre le Système 4X et le calculateur choisi. Une partie de celle-ci est invariante, puisqu'elle crée le bus système, alors qu'une autre partie est spécifique du calculateur utilisé, donc doit changer avec celui-ci. (voir Figure 2)

I.3. Présentation détaillée de la carte universemme 4U

I.3.1. La carte 4U dans son environnement

La carte 4U communique avec le calculateur et sa périphérie par l'intermédiaire des cartes 4 IC, à l'aide du bus système, soit directement, soit par l'intermédiaire du buffer de la carte MT (voir Figure 2). Elle peut aussi échanger les informations traitées avec les autres cartes du Système 4X, par l'intermédiaire du bus d'interconnexion.

La Figure 5 reprend les éléments de la Figure 2 en les répartissant sur les différentes cartes.

Figure 5

I.3.2. Structure fonctionnelle de la 4U

La Figure 6, version détaillée de la Figure 3, montre que les éléments fonctionnels communiquent entre eux par l'intermédiaire des bus A et B selon une structure "pipe-line".

(La structure "pipe-line", permet d'accroitre la vitesse de traitement. Elle consiste en une série de sections, chargées chacune d'effectuer une partie du traitement, les informations se succédant dans les sections comme le fait un fluide dans une canalisation).

Figure 6

Ces éléments fonctionnels comprennent :

une unité arithmétique (AU) pouvant effectuer les opérations arithmétiques X + Y, X - Y, Y - X, sur 24 bits.
un multiplicateur rapide (MUL) réalisant l'opération X * Y sur 16 bits.
un registre à décalage (SH) permettant de réaliser des interpolations linéaires en conjugaison avec AU et MUL.
une mémoire de formes d'ondes (WM) de 16 Kmots de 16 bits, contenant les échantillons des formes d'ondes que l'on désire créer. Cette mémoire peut être divisée au maximum en 16 blocs de 1 Kmot ce qui permet de disposer de 16 formes d'ondes différentes. Le câblage est prévu pour étendre à 64 Kmots.
une mémoire données (DM) de 512 mots de 24 bits contenant les informations traitées par AU (voir a), MUL (voir b), et contenant aussi des adresses pour WM (voir d). Le calculateur, ainsi que les autres cartes du Système 4X, peuvent avoir accès à cette mémoire.
une mémoire d'adresses (AM) de 1 024 mots de 9 bits permettant l'exploration séquentielle de DM (voir e) pendant le déroulement du micro-programme. Cette exploration est commandée par le compteur qui assure le déroulement du micro-programme.
une mémoire de micro-programme (µPg) de 512 mots de 32 bits contenant jusqu'à 16 configurations de fonctionnement pour la carte 4U. Chaque configuration, constituée par 32 mots de 32 bits, permet l'interconnexion des différents éléments de la carte et constitue le microprogramme exécuté.(Un micro-programme est la suite des opérations à effectuer pour exécuter une instruction).

L'ensemble de ces éléments, interconnectés selon le micro-programme en cours, peut échanger des informations (données ou adresses) avec les autres cartes du système, via le bus d'interconnexion ou avec l'extérieur via le bus système.

I.3.3. Configurations fonctionnelles

Il est parfaitement possible d'utiliser les éléments décrits ci-dessus séparément ; toutefois, c'est par un assemblage de ces éléments, réalisé par la micro-programmation de la 4U, en structures fondamentales, qu'on matérialise les éléments fonctionnels et mathématiques du traitement de signal à opérer.

La Figure 7 illustre l'analogie que l'on peut faire entre, d'une part la démarche suivie dans le domaine de l'automatisme industriel pour élaborer une solution informatique à partir d'un schéma à relais, et d'autre part la résolution d'une fonction de traitement du signal à l'aide du Système 4X, à partir d'un schéma fonctionnel.

Figure 7

Parmi un large éventail de possibilités, la Figure 8 représente quelques structures fondamentales parmi les plus utilisées dans le traitement du signal. Chacune de ces structures permet de réaliser plusieurs types de traitement.

Figure 8

Celle de la Figure 8a permet de réaliser, par le choix des entrées, les traitements (non exhaustifs) présentés Figure 9.

Figure 9

Celle de la Figure 8b est un exemple type de générateur de formes d'ondes. La mémoire WM contient les échantillons des formes d'ondes à reproduire. Ainsi que nous l'avons déjà dit, elle contient 16K mots de 16 bits divisibles jusqu'à 16 x 1K mots, ce qui permet de placer jusqu'à 16 formes d'ondes.

Les 4 formes d'ondes présentées Figure 10, sont obtenues d'une part en choisissant la forme d'ondes désirée par WM sélect et d'autre part en explorant séquentiellement la mémoire afin de placer en sortie la suite des échantillons correspondants.

Figure 10

Le mode d'exploration détermine l'occurence temporelle de la forme d'ondes. Ainsi une incrémentation simple de l'adresse de la mémoire WM fera apparaitre, dans le cas de l'onde N°1, une sinusoïde dont la fréquence est liée à l'incrément (plus l'incrément est grand, plus la fréquence est élevée). Un incrément variable permettrait de réaliser une modulation de fréquence.

Sur les entrées de l'unité AU, on peut présenter la phase initiale, le pas de fréquence, et les paramètres de la modulation de fréquence.

Pour ce faire, on reboucle _i+1 sur ₁. (Voir Figure 8) Celle de la Figure 8c, reprend le schéma précédent en lui associant une possibilité de modulation d'amplitude par l'entrée A ainsi qu'une possibilité de mixage par l'entrée OS2.

Celle de la Figure 8d reprend les éléments de la Figure 8b en incluant un registre à décalage SH afin de réaliser une interpolation linéaire, en utilisant les bits poids faible, au delà du 16^e, sur les 24 bits manipulés pendant le calcul.

Celle de la Figure 8e, est une unité logique qui permet la généra d'enveloppes, à utiliser avec les timers de la carte 4 MT. Elle permet aussi la réalisation de blocs non linéaires du type redresseur de signaux, échantillonneur bloqueur, etc.

Voir Annexe II.

Dans le cas du traitement du son, un certain nombre de configuration fonctionnelles, parmi celles décrites, sont regroupées, par micro-programmation, sur une même carte 4U qui est ainsi spécialisée. Son nom devient alors :

4A oscillateurs,
4M multiplicateurs-accumulateurs, filtres,
4C polyfonctionnelle,
4R polyfonctionnelles avec entrée dans la mémoire WM.

Ces configurations spécialisées sont décrites au I.4.

I.4. Fonctionnement du système 4X

I.4.1. Interconnexion des différentes cartes

La Figure 11 reprend les éléments de la Figure 5 en les détaillant.

Figure 11

La communication entre le calculateur et les différentes cartes, via la carte de couplage 4 IC, s'opère comme suit :
Un adressage hiérarchisé permet de choisir :

Une carte parmi 10, par le décodage, sélection S,
Une mémoire dans la carte sélectionnée, hormis la mémoire WM par la partie haute du bus adresse S,
Une position dans la mémoire sélectionnée, par la partie bas du bus adresse S.

Les données sont véhiculées par le bus bidirectionnel data S.

Les mémoires de formes d'ondes WM sont adressées par le bus adresse : WM issu d'une logique particulière implantée dans la carte 4 MT.

La communication entre cartes est régie par :

Le bus émetteur qui sélectionne la carte émetteur,
le bus récepteur qui sélectionne la ou les cartes réceptrices,
le bus data véhiculant les données.

I.4.2. Séquencement

Le système est piloté par une horloge dont la fréquence est 2¹⁴ kHz, soit 16,384 MHz. Le microcycle a donc pour durée 61,035 ns.

Durant chaque microcycle, la mémoire du micro-programme délivre une micro-instruction qui établit la configuration fonctionnelle correspondant à l'action exécutée durant ce microcycle. Les opérandes sur lesquelles travaillent les micro-instructions ont leurs adresses dans la mémoire AM. Les 32 micro-instructions, correspondant aux 32 mots de la mémoire µPG, forment un cycle intermédiaire de durée 1,95 µs.

Le micro-programme, dans un cycle complet de durée 62,5 µs est exécuté 32 fois avec des données différentes, ce qui implique que la mémoire d'adresse (AM) ait une taille de 32 x 32 mots, soit 1024 mots.

(Voir Figures 12 et 13)

Figure 12

Figure 13

Il est important de remarquer que les structures fondamentales créées durant un cycle intermédiaire sont obtenues 32 fois durant le cycle complet.

Par exemple, il est possible de créer 7 multiplieurs-additionneurs du type de la Figure 8a durant un cycle intermédiaire soit 7 x 32 = 224 multiplieurs-additionneurs travaillant sur des données distinctes durant un cycle complet. La période d'échantillonnage du traitement du signal est dans ce cas de 62,5 µs, soit une fréquence d'échantillonnage de 16 000 Hz ce qui correspond à une bande passante de signal traité de 8.000 Hz. (Le théorème de Shannon montre que la bande passante maximale d'un signal échantillonné est la moitié de la fréquence d'échantillonnage)

(Voir Figure 14a)

Pour traiter des signaux de bande passante supérieure, il faut répéter à l'intérieur du cycle complet, le microcycle utilisé.

(Voir Figure 14b)

Il est ainsi possible d'échantillonner à des fréquences de 32 kHz, 64 kHz 128 kHz, 256 kHz, 512 kHz, soit des bandes passantes de 16 kHz, 32 kHz, 64 kHz, 128 kHz, 256 kHz, toutefois le nombre de structures fondamentales créées est réduit dans le même rapport.

Figure 14

I.4.3. Exemple de micro-programmation (fonction de filtrage)

Nous présentons ici un exemple simple d'utilisation du modèle 4R pour réaliser une fonction complexe de filtrage.

Un système du second ordre satisfait à l'équation différentielle :

si E est l'entrée on peut montrer (voir annexe I) que S est une sortie correspondant à un filtrage passe-bas, une sortie correspondant à un filtrage passe-bande, et une sortie correspondant à un filtrage passe-haut pour lesquels désigne la pulsation d'accord et Q le coefficient de surtension. Cette équation peut être résolue à partir du schéma analogique de la Figure 15a. Les intégrateurs sont réalisés numériquement à l'aide d'additionneurs-accumulateurs par un simple rebouclage.

Ceci conduit au schéma de la Figure 15b qui résout l'équation :

plus propre à fournir les trois sorties désirées. Ce schéma peut être réalisé à l'aide de l'élément fonctionnel de la Figure 8a et conduit au schéma de la Figure 15c. La Figure 17 montre la micro-programmation réalisant ce schéma en 4 cycles intermédiaires, les entrées correspondant au schéma de la Figure 16.

Figure 15

Figure 16

Figure 17

I.4.4. Illustrations des possibilités de la 4X

A titre d'exemple, nous allons inventorier les possibilités des cartes 4U spécialisées, utilisées dans le traitement du son :

Modèle 4 A :
Il représente l'équivalent de 128 oscillateurs indépendants. En utilisant 8 cartes semblables, il est possible de disposer de 1024 oscillateurs.

Ces 128 oscillateurs sont obtenus par multiplexage temporel :

4 oscillateurs sont créés durant un cycle intermédiaire (déroulement complet du micro-programme).
la succession des 32 cycles intermédiaires formant le cycle complet, conduit au total de 128.

Modèle 4M :
Il représente l'équivalent de 224 multiplicateurs-additionneurs (32 cycles de 7 multiplicateurs-additionneurs).

Modèle 4R :
Il représente l'équivalent, simultanément, de :

64 oscillateurs et 16 filtres du second ordre, passe-bas, passe-haut et passe-bande cascadables (cf. exemple I.4.3.)
ou 32 retards,
ou 32 unités d'interpolations,
et 32 unités logiques,
et 32 oscillateurs d'écriture dans la table mémoire de formes d'ondes.

Exemple F.F.T. :

Afin de préciser les possibilités de traitement du Système 4X, la programmation de la transformée de FOURIER rapide (F.F.T.) d'un signal a été effectuée sur une carte 4U, selon les algorithmes de COOLEY et SANDE. Les résultats suivants ont été obtenus :

Le signal étant échantillonné à la fréquence de 16 000 Hz, donc une bande passante de 8 000 Hz, il est possible de traiter 512 points si les valeurs sont réelles, ou 256 dans le cas de valeurs complexes. Ainsi, le signal peut avoir une durée de 512 x 10³/ 16 000 = 32 ms d'une finesse d'analyse de 30 Hz.
En échantillonnant le signal à la fréquence de 512 kHz, donc une bande passante de 256 kHz, en traitant le même nombre de points, la durée est ramenée à 1 ms, d'où une finesse d'analyse de 1000 Hz. Les valeurs intermédiaires sont évidemment possibles.

Cette opération met en jeu environ un quart de la carte, la partie restante pouvant effectuer d'autres opérations.

Il est possible d'utiliser les 8 cartes 4U du Système 4X, ce qui permet de traiter plusieurs signaux simultanément et ainsi de calculer des F.F.T. multidimensionnelles.

En créant une configuration spécialisée, facilement dérivable de la carte 4U, on peut espérer un gain d'un facteur 2.

I.5. LOGICIEL

Le logiciel associé au Système 4X doit être appréhendé à divers niveaux :

Le logiciel de configuration du système : micro-programmation et macro-programmation,
Le logiciel d'utilisation.

I.5.1. Logiciel de configuration du système

La micro-programmation s'effectue à 2 niveaux :

L'écriture de la mémoire de micro-programme (µPG), détermine des structures fondamentales telles que celles présentées Figure 8. Pour un champ d'application donné, cela conduit à la détermination une fois pour toutes d'un certain nombre de modèles tels que 4R, 4A, etc, qui seront les éléments de base utilisés par la suite dans ce type d'application.
L'écriture de la mémoire AM détermine les liaisons entre les structures fondamentales du modèle pour effectuer un traitement particulier à l'intérieur du champ d'application.

Les modèles étant créés, l'utilisation du Système 4X consiste essentiellement à réaliser les interconnexions, c'est-à-dire l'écriture de AM. C'est pourquoi un logiciel évolué a été mis au point pour faciliter cette tâche.

Il existe plusieurs versions de ce logiciel, dit logiciel d'interconnexion, qui s'adressent à des utilisateurs distincts, certains restent près du matériel (utilisation des grandeurs en octal, définition des mémoires utilisées, etc.) d'autres veulent ignorer la machine (utilisation de noms de variables mnémoniques, introduction des fréquences en Hz voire en notes, etc.)

Tous ces logiciels, dont on trouvera une liste (non exhaustive, car il s'en créé à chaque instant à l'Icam) en Annexe II, dont un exemple écrit en FORTRAN IV est donné en Annexe II, ce qui signifie qu'ils sont transportables. (Transportable : se dit d'un programme qui peut fonctionner sans modification sur plusieurs ordinateurs différents)

Seules quelques instructions en assembleur, pour gérer les ordres d'entrées-sorties, sont à reprendre ; mais il s'agit là d'une tâche élémentaire pour un informaticien.

De plus, il existe une version de logiciel d'interconnexion écrite en langage C. (Langage C : Langage développé par le Bell Laboratory et dont le compilateur est facilement transportable même sur de petites configurations).

Il a été utilisé pour la version 4C des cartes 4U.

I.5.2. Logiciel d'utilisation du système

Il existe actuellement deux types de logiciels d'utilisation, l'un correspondant à une utilisation à partir d'un menu, la partition musicale étant pré-enregistrée, et l'autre correspondant plutôt à l'exécution d'une improvisation.

Dans le cas d'un traitement de signal, on sait à l'avance ce que l'on va faire et l'on se situe plutôt dans le premier cas. Ces logiciels sont très orientés création musicale et ne pourront donc pas être réutilisés pour d'autres applications. Quelques procédures seules pourront l'être.

II - Conclusion

II.1 Résumé des possibilités du Système 4X

Le système 4X est un périphérique intelligent et autonome, c'est-à-dire que pendant son fonctionnement, l'ordinateur hôte peut être utilisé à d'autres tâches, telles que gestion des modes de fonctionnement du système, ou tout traitement préparatoire ne s'effectuant pas en temps réel, celui-ci étant entièrement pris en charge par le système 4X.

Le concept de base dans ce système est la multiplication apparente des structures fondamentales, par multiplexage temporel. Par construction, actuellement, les signaux traités en entrée-sortie peuvent avoir une dynamique de 96 dB, soit 16 bits, alors que le traitement interne s'effectue sur 24 bits. Compte-tenu des vitesses d'échantillonnage, la bande passante des signaux varie de 8 kHz à 256 kHz.

Ce système est donc apte à traiter numériquement des problèmes complexes dans les domaines linéaire et non linéaire, ce qui en fait un outil tout indiqué dans le traitement numérique du signal et de l'information dont nous rappelons ci-dessous les principales fonctions.

II.2 Fonctions principales - Traitement du signal et traitement des informations

II.2.1. Le traitement de signal revêt divers aspects :

L'élaboration, l'appréhension, et la transformation de signaux.

Elaboration de signaux :

Génération de formes d'onde.
Transformée de Fourier réciproque (obtention du signal à partir de son spectre).

Appréhension des signaux - la mesure :

Analyse de spectre.
Détermination des fonctions de transfert.
Mesure des propriétés statistiques.
Détermination des transformées de Fourier (F.F.T. : fast Fourier transform).
Corrélation - Convolution - Déconvolution.

Transformation des signaux :

Filtrage.
Intégration cohérente.
Egalisation.

II.2.2. Le traitement numérique de l'information justiciable

de l'utilisation d'un système 4X consiste essentiellement dans les opérations de simulation en temps réel et d'émulation.

Annexe I

Justification théorique de l'exemple de microprogrammation (I.4.3) : Obtention des trois fonctions de filtrage à partir d'un modèle unique.

Les fonctions de transfert des filtres passe-bas, passe-bande et passe-haut sont respectivement :

En partant de l'équation différentielle du passe-bas,

en dérivant une fois

et en posant

on obtient :

Ce qui montre que la sortie

correspond à un filtre passe-bande.

En dérivant à nouveau

et en posant V =

on obtient

qui montre que la sortie correspond à un filtrage passe-haut.

Annexe II

Langage d'interconnexion de la 4X.

Les commandes, énumérées ci-après, sont quelques exemples, à caractère général, pris parmi les commandes possibles du langage. Elles permettent d'illustrer le mode d'utilisation du système 4X. Les commandes, soulignées dans le texte, se présentent sous la syntaxe suivante :

< Fonction > < operande >, .... , < operande >

sert à désigner un registre de la mémoire des données d'un processeur 4U.

Chaque commande peut utiliser comme paramètre d'entrée une ou plusieurs sorties d'autres commandes. On dira dans ce cas que l'on interconnecte des unités.

ADD OUT, IN₁, ............... , INp

Le registre OUT reçoit la somme algébrique (*) des entrées IN₁ à INp :

Temps de calcul : 8 ns (p+1)

MUL M1, M2, OUT, IN

OUT reçoit (MI x M2) + IN

Temps de calcul : 32 ns

OSC OUT, F, FR1, FR2

définit un oscillateur à double entrée en fréquence FR1 et FR2. La forme d'une période est définie par F, la sortie de l'oscillateur va dans le registre OUT.

Temps de calcul : 48 ns

MODU OUT, IN

Cette commande permet de redresser un signal. OUT reçoit IN si IN

0, - IN dans le cas contraire.

DISC OUT, DELT, NIVEAU, IN

Cette commande fait la discrimination d'un signal en entrée par comparaison au contenu de "NIVEAU" et sort un niveau logique 0,1 et une impulsion.

OUT 0 si IN < NIVEAU
OUT 1 si IN NIVEAU
DELT DERIVEE (OUT) si elle est positive

Temps de calcul : 128 ns

SAHO OUT, DELT, IN

Echantillonneur bloqueur.

OUT reçoit OUT si DELT = 0
OUT reçoit IN si DELT = 1

par exemple DELT peut utiliser la sortie de même nom dans l'unité précédente.

Temps de calcul : 40 ns

LPF OUT, IN, FC

Filtre passe-bas du 1^er ordre. Equivalent numérique du filtre R.C. analogique.

IN : entrée du signal
OUT : sortie
FC : fréquence de coupure

Temps de calcul : 40 ns.

(utilise en fait le même algorithme de calcul que l'échantillonneur bloqueur).

FILT 2 IN, ATT, FØ, ALPH, HP, BP, LP

Filtre du deuxième ordre. Equivalent au filtre analogique universel.

IN : signal en entrée
ATT : atténuation du signal (pour éviter les débordements)
ALPH : = largeur de bande relative.

HP, BP, LP : sorties respectivement passe-haut, passe-bande et passe-bas.
FØ : fréquence de résonance du filtre.

Note : si ALPH = 0, le filtre devient un oscillateur sinusoïdal de fréquence FØ.

Temps de calcul : 128 ns

Beaucoup d'autres types de filtres peuvent ou sont implémentés (Butterworth, Tchebichev, elliptique, comb filter, FIR, etc...). Voir la littérature classique sur les filtres numériques.

NOIS OUT

Générateur de bruit : donne un spectre plat.

Temps de calcul : 32 ns

On obtient d'autres types de bruit en combinant cette unité avec des filtres.

Tous ces modules (et d'autres encore) peuvent être interconnectés pour des fonctions beaucoup plus complexes ; citons pour mémoire quelques fonctions réalisées : extracteur de fondamental, vocodex, transformée de Fourier (DFT et FFT), transformée de Hilbert, Chirp Z - transformée, etc...

(*) Toutes les entrées peuvent être complémentées avant leur entrée dans l'unité arithmétique. Il suffit pour cela de faire précéder la désignation du registre par le signe "-".

Annexe III

Spécifications générales du système 4X
Processeur numérique de signal temps réel

Matériel

Système modulaire composé de :

Trois cartes :
- 4 MT Mémoire tampon en liaison avec un disque dur
- 4 TI Séquencement d'événements (256 timers) et interconnexion
- 4 IC Interface avec le calculateur hôte
Et de 1 à 8 cartes 4U, carte universelle de traitement temps réel, pouvant présenter, par microprogrammation, diverses structures fonctionnelles.

Ces éléments sont regroupés en configurations fonctionnelles relatives à un problème spécifique.

Configurations fonctionnelles possibles