fpga構建高性能dsp

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1、FPGA構建高性能DSP

2、第1在數(shù)據(jù)通信和圖像處理這樣的應用中，需要強大的處理能力。當最快的數(shù)字信號處理器（DSP）仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數(shù)目，或采用客戶定制的門陣列產品?，F(xiàn)在，設計人員有了新的選擇，可采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)來快速經濟地完成設計。采用現(xiàn)場可編程器件不僅縮短了產品上市時間，還可滿足現(xiàn)在和下一代便攜式設計所需要的成本、性能、尺寸等方面的要求，并提供系統(tǒng)級支持。FPGA的方案選擇幸運的是，需要高性能DSP功能的便攜式設備設計者還有其它選擇。最近FPGA開始達到了應用所要求的成本競爭力。優(yōu)選的F

3、PGA方案可用來處理計算量繁重的高端DSP算法，同時還可為設計提供可編程邏輯解決方案所固有的靈活性特點，以及定制門陣列(如ASIC）解決方案所具有的高性能及集成度。增強DSP處理能力的傳統(tǒng)方法是采用多個處理器。選擇此類方案的缺點是成本昂貴，需要眾多附加部件，并且功耗很大。此外，開發(fā)和調試多處理器軟件通常會大大延遲產品上市時間。定制門陣列或標準單元方案可以提供所需的強大DSP處理能力，然而，這種方案是以損失靈活性為代價的，并需要相當?shù)墓こ袒顿Y。由于他們不可重新編程，固定邏輯器件在發(fā)生錯誤時很難補救，也不容易對解決方案進行優(yōu)化。因此，定制

4、方案的成本、風險以及所需要的開發(fā)時間，對許多應用來說都是無法接受的。FPGA與傳統(tǒng)邏輯電路和門陣列具有不同的結構，F(xiàn)PGA利用小型查找表（16×1RAM)來實現(xiàn)組合邏輯。每個查找表連接到一個D觸發(fā)器的輸入器，觸發(fā)器再來驅動其它邏輯，或驅動I/O。這些模塊間利用金屬連線互相連接或連接到I/O模塊。FPGA的邏輯是通過向內部靜態(tài)存儲器單元加載配置數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。存儲在存儲器單元中的值決定了邏輯單元的邏輯功能以及模塊間或與I/O間的連接，并最終決定了FPGA實現(xiàn)的功能。FPGA的這種結構允許無限次的重新編程。FPGA還具有可擴展的優(yōu)點，F(xiàn)PGA

5、本身復雜性的提高遠遠超過最終產品要求的復雜性。最新的FPGA產品，例如Xilinx的Virtex-E系列，提供的系統(tǒng)門密度從58000門到最高320萬門不等。最新器件的速度也大大提高。例如，1.8VVirtex-E器件比前一代產品快了30%，采用源同步數(shù)據(jù)傳輸結構，其I/O性能可達到622Mbps。時間和投資任何涉足便攜式產品設計的人，特別是通信領域的設計人員，都明白及時推出產品是產品設計首先要遵守的原則之一。所以能夠提供所需要的性能、達到成本要求并可以加快上市時間的器件具有重要的優(yōu)勢。500)this.style.ouseg(this

6、)">與專用集成電路(ASIC)相比，F(xiàn)PGA可使產品上市時間更快，并具有更小的風險。FPGA庫中的DSP核心不斷增加，許多現(xiàn)在就可使用。結果，設計人員可以利用比定制門陣列方案或多處理器解決方案所需要的時間短得多的時間就完成一項DSP設計。加快FPGA實現(xiàn)和編程的一個方法是采用知識產權(IP)的模塊或核心。例如，大多數(shù)標準DSP功能都在Xilinx庫中以可參數(shù)配置的DSP核心的形式實現(xiàn)了，它們通過Xilinx公司的CORE生成器提供。包括乘法器、平方根電路、有限脈沖響應(FIR)濾波器、梳狀濾波器、積分器、正弦/余弦表以及離散傅里葉變換

7、(DFT）、快速傅里葉變換(FFT)和離散余弦變換（DCT)等都已包括在內。IP核心的使用也促進了設計再利用，這在生產周期中可節(jié)約大量的時間。FPGA和ASIC制造商正密切協(xié)作，使設計再利用變得更為容易。例如，Xilinx公司的IP互聯(lián)網收集和封裝工具使客戶可以將他們?yōu)镕PGA創(chuàng)建的IP設計收集并封裝起來，并在公司內部或通過互聯(lián)網與其它設計小組共享。這樣的工具為設計人員提供了一個對可綜合的VHDL或Verilog代碼，或固定功能網表等進行明確、收集和封裝并建立相關文檔的自動化的方法。新的模塊一旦封裝好并公布出來，其它工程師就可以利用標準

8、的互聯(lián)網瀏覽器下載這些IP，并安裝到他們的XilinxCORE生成器系統(tǒng)中去。雖然成本曾是阻礙在大批量生產的產品中選擇FPGA的重要因素，但現(xiàn)在卻不成問題了。實際上，當今的FPGA產品單位貨幣(每個美元)所買到的MAC(乘法/累加運算)數(shù)比傳統(tǒng)的DSP處理器還要高。正如任何器件一樣，F(xiàn)PGA制造商也在持續(xù)尋求降低成本的方法。例如，除了高密度的Virtex系列以外，Xilinx最近還推出了低成本的Spartan-II系列FPGA產品，直接向固定門陣列產品挑戰(zhàn)，對從年產5萬至百萬件的大批量生產都非常理想。例如，10萬門的Spartan-II

9、FPGA器件售價不到10美元（在與門陣列產品相當?shù)呐繒r）。性能和功耗與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法不同，DSP采用了高度流水線化的并行操作。而FPGA結構則可以做得更好，達到更高的性能。FPGA具有成千上萬的查找表和