基于FPGA的dsp,信号处理系统手册,第二部.docxVIP

基于dsp的FPGAJohn McAllister摘要当多处理器平台不能满足实时性时需要用现场可编程门阵列（FPGA）为DSP系统提供一个良好的主嵌入式装置，但体积太小而不足以证明开发定制芯片的成本。这种独特作用，是因为FPGA有针对应用程序设计自定义计算结构的能力。现代的FPGA接收了一系列只能被由自定义的协处理器、并行软件的处理器和专用硬件设备组成的异构处理架构利用的复杂处理方法。这些架构的复杂性，加上为每个新的应用程序实现频繁更新的需要使得FPGA系统可以解决一个非常复杂和独特的设计问题。在这一过程中，成功的关键是设计师能够良好地利用自定义架构的FPGA资源，以及设计工具能够快速高效地生成这些架构。本章介绍了国有最先进的支持DSP设计过程的FPGA器件资源，计算机的体系结构和设计工具。1引言在80年代中期，FPGA技术的创始人意识到，当时的晶体管稀少，对电路设计者而言十分珍贵，而摩尔定律的存在终将使得晶体管便宜到可以作为一种低成本的集体模块[34]。如果这些模块允许作为可编程的逻辑使用，也就是在功能上灵活地执行任意简单的逻辑功能，并可以任意互联，它们可以在网络中实现任何数字逻辑功能。这一设想成为在Xilinx XC2064，世界上第一个FPGA器件在1985年的化身。在此期间，FPGA发生了显著的改变，从原来的简单的胶合逻辑风格设备的化身，到特定领域的异构处理平台，包括微处理器，多千兆位串行收发器，网络通讯终端和必威体育精装版一代广阔水平的片上计算资源。选择FPGA作为一个DSP应用的目标平台的关键因素是实时性能和成本。而软件处理器允许功能的灵活性以及应用程序的实时性能要求或例如在尺寸和功耗方面的物理限制的实现，除此之外这些事是可以实现的。在这种情况下，除非有足够容量，否则非经常性工程（NRE）与创建一个定制的专用集成电路（ASIC）的成本在商业上是不可行的。对于这样的高性能，低容量的数字信号处理系统，满足应用的实时性要求以及开发的实用性要求的大型通用计算架构的FPGA的性能是一个关键的优势。,在容纳“专用硬件”的体系结构,即网络交互功能块中（其中每一个功能块都为了执行的特定的DSP功能而创造），FPGA的可编程逻辑发展历史为一片空白。事实上，提供这种方法的设计工具是非常好的（里面的数字没找到是什么意思）。然而，在这个观点是孤立的建立在一种幼稚的假设上：FPGA其本身拥有强大的功能，即有一个足够的系统资源来创建特定的DSP计算功能。那些自夸相对DSP上运行的乘法累加器（MAC）处理器资源具有50倍性能的高端产品主要可以完成以下功能：他们可以容纳主机给定的大部分结构，从大容量，低带宽片外电阻存储器，到小容量，高带宽的片内电阻静态随机存取记忆体（SRAM）；他们有很多其他物理资源，如前所述，其有能力轻松地在应用程序开发任务和数据并行，提供可能优于其他固定结构，并可和编程嵌入式软件设备相结合。然而，这些功能只有在设计者能够以比较方便的途径利用到这些资源的前提下才能实现。正确使用现代高性能FPGA资源，指在经典的专用硬件组件条件下具有可选的异构网络加速器协处理器[4，12，13，40]和并行软件处理架构的微处理器（即根据一个单一的控制运行多个数据通路创造控制单元）[2，46]。为每个新应用程序创建一个满足其要求的新的复杂架构使FPGA系统设计很特别。对这一过程中成功的关键是理解算法的要求并实现，如何有效地使用目标设备的各种资源，以及有能力快速设计出一个有效的定制和调整计算架构。本章探讨了实现DSP应用，计算架构的种类目前FPGA的功能，而利用这些能力最好，以及如何建立这些系统可以快速，有效地一些例子。在第2节和第3节，主要介绍了FPGA技术的演进，主要加工资源的国家的最先进的FPGA实现DSP系统相关的可用的描述。第4节和第5节描述了如何使用各种可利用FPGA资源有效利用不同的设计风格，以实现DSP应用，而第6节介绍了大量的设计工具，以及它们如何使应用程序的高效率的设计基于 FPGA的DSP应用程序。2.FPGA技术2.1FPGA的基础可编程的FPGA是基于两个主要原则：1，可编程功能块的使用；2，可编程互连允许多个块，可以连接到形成更复杂的逻辑功能。一个经典的FPGA器件的总体结构并突出关键的架构组件如图1所示。图1.典型的FPGA器件的结构FPGA的基本组成结构是查找表（LUT：look-up-table）（FPGA最基本的单元！）。 LUT的是一个只读存储器（ROM），可进行编程来模拟通过存储在内存中位置相关的输入输出完成相应的逻辑功能。加载到每个芯片查询表的数据称为FPGA配置（这个词翻译可能不对，有个专门的词，我记不大清了，要翻书看看）。从最早的化身，直到最近，这些查询表有四个输入和一个输出，因此可以仿效的任何相同的尺寸或更小的