文档介绍：艿第7章 FPGADSP嵌入式系统设计蒆§ 设计流程概述羄 DSP(DigitalSignalProcessing)技术在通信、图像处理增强、数据获取、雷达及视频处理等等领域有着广泛的应用,因此,DSP的使用也不只存在唯一的方法,而是要根据不同的目的提出不同的解决方案。可编程芯片的FPGA逐渐成为这些解决方案中的一个重要的组成部分。%的比率增长,到2005年,。袂通常,DSP算法的实现有两种途径:低速的用于普通目的的可编程DSP芯片;高速的用于特定目的的固定功能DSP芯片组和ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)芯片。而FPGA是DSP设计人员的另一种选择。大多数FPGA是由逻辑单元阵列、各个逻辑单元之间的可编程互连线、I/O管腿和其他一些如片上的存储器之类的资源组成的。其中逻辑单元是由1个四输入的查找表和1个触发器构成的。羁与普通的DSP芯片相比,FPGA芯片能够更好地实现并行处理,从而提高了性能并节省了能源。如算法中使用了14个MAC(Multiply&Accumulate),与只有1到4个MAC的通用DSP芯片不同,在FPGA中可以配置14个乘法器,以实现并发处理。而这种流水线结构的数据流可以使信号负载最小化,从而节省指令和数据存取的系统开销。此外,因为芯片所消耗的能量与它的时钟频率成正比,FPGA可以将输入的数据流分离开,并将它们作为几个并行的数据流进行处理,从而工作在一个较低的时钟频率下,这样做也就节省了能源。相对来讲,FPGA设计的灵活性和适应性更强。而与ASIC芯片相比,FPGA可以反复使用,并且在产品制成后还能重新更改设计。这样做有三点好处:修补bug;加入新的功能;使系统适应新的标准。使用FPGA的现场可编程能力,不但避免了高额的开发费用,而且满足产品的上市需求。蕿虽然有如此多的优点,但是目前FPGA在DSP应用上所占用的份额并不大,而且主要是用做协处理器,以辅助DSP芯片完成一些计算密集型的算法。这种现象的造成主要有两方面的原因。一方面,在软件上,DSP与FPGA之间有着巨大的隔阂。生活在软件世界的DSP程序员要学****如寄存器、门、VHDL代码等等新的知识才能进入电子工程的世界。这两类设计人员不但完成设计时所使用的工具不一样,而且,在设计中所考虑的问题也不同。表1表示了他们之间的差异。另一方面,在硬件上,原先的FPGA芯片没有集成专门的乘法器,只能依靠用户自己编辑乘法器。乘法器的实现比较耗费以查找表为主的系统资源,所以在编辑完并行的MAC后,FPGA所剩的资源无几,从而限制了FPGA的使用。正是由于这两个主要的因素,使FPGA无法在DSP领域中有更大的作为。肄表7-1 芃荿DSP设计者芈FPGA设计者肄设计方法蚄C,C++,汇编膁MATLAB,SimuLink肇VHDL/Verilog编程膄综合,映射,布局布线螁设计问题薈信噪比,误码率,采样率袅腿到腿延时,流水线和逻辑层次,布局规划芄横亘在软件间的隔阂和硬件结构上的差异限制了FPGA的DSP应用,但是现在这项工作变得简单了,Xilinx公司提出了一整套的解决方案。不但出现了IP(IntellectualProperty)核(Core)形式的DSP算法和将这些IP核集成到FPGA设计的工具软件,而且出现了新的FPGA芯片。软件上一个重要的代表是XtremeDSP系列软件包,主要包括:膁MathWorks公司的Matlab和Xilinx公司的SystemGenerator负责系统级设计;芀 raphics公司的FPGAAdvantage或Synplicity公司的SynplifyPro做HDL综合;袈ModelTechnology公司的ModelSim负责仿真;莄Xilinx公司的FoundationSeriesISE负责硬件实现。薂图7-1表示使用Xtreme设计DSP算法的流程。在硬件方面,Xilinx公司推出最新的VirtexII系列FPGA芯片。它内置了192个18×18bit的高性能组合乘法器,支持高达250MHz的数据率,内部固化了并行的DSP数据模型。它的密度达到一千万系统门,可以运行600GMAC/s。大大超出了当今通用DSP芯片的性能(—)。设计方法和硬件结构上的改进使FPGA在DSP上的应用前景变得光明起来。螈蚇图7-1Xtreme系统中实现DSP的设计流程图蒄Xilinx公司同它的合作者联合提出了XtremeDSP解决方案,它在系统结构设计和基于FPGA的DSP系统硬件实现之间建立起一座桥梁。SystemGenerator同