Декомпресор для апаратних застосунків

Анотація

Застосування безвтратної компресії в спеціалізованих обчислювальних засобах дає такі переваги, як мінімізація об’єму пам’яті, збільшення пропускної здатності інтерфейсів, зменшення енергоспоживання, покращення систем автотестування. В статті розглянуті відомі алгоритми безвтратної компресії з метою вибору такого, що найбільш підходить для реалізації у апаратно-програмному декомпресорі. Серед них алгоритм Lempel-Ziv-Welch (LZW) дає змогу найпростішим чином виконати асоціативну пам’ять словника декомпресора за рахунок послідовного зчитування символів слова. Аналіз існуючих апаратних реалізацій декомпресорів показав, що при їх розробці основна мета була збільшити пропускну здатність за рахунок збільшення апаратних витрат та обмеження функціональності. Запропоновано виконати декомпресор LZW апаратно-програмним чином на основі ядра мікропроцесора зі спеціалізованою системою команд. Для цього вибрано процесорне ядро зі стековою архітектурою, розроблене авторами для задач граматичного аналізу. Додано блок пам’яті для зберігання словника та вхідний буфер, який конвертує потік байтів запакованого файлу у послідовність розпакованих кодів, що додані до нього. Система команд процесорного ядра скоректована з метою як пришвидшення декомпресії, так і зменшення апаратних витрат. Декомпресор описаний мовою Very high-speed integral circuit Hardware Description Language і реалізований у програмовній логічній інтегральній схемі. При тактовій частоті двісті мегагерц, середня пропускна здатність декомпресора – понад десять мегабайтів на секунду. Завдяки апаратно-програмній реалізації, одержано LZW-декомпресор, який має при приблизно тих самих апаратних витратах як у апаратного декомпресора меншу пропускну здатність за рахунок гнучкості, багатофункціональності, які дає програмовне процесорне ядро в його складі. Зокрема, на основі даного пристрою реалізується декомпресор Graphic Interchange Format файлів для застосунку динамічної візуалізації патернів на дисплеї вбудованої системи.