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用FPGA来实现DSP解决方案的两大理由 更新于2009-12-30 02:09:53 文章出处:与非网

关键字: FPGA DSP HDL

FPGA能为今天许多需要DSP功能的复杂应用提供快速、低成本的解决方案。不过,许多DSP工程师在传统上擅长软件开发,当涉及到硬件时他们可能就不知道该从何下手。基本上,有三种设计方法供DSP工程师加以考虑:采用知识产权(IP)进行设计、采用硬件描述语言(HDL)的传统设计方法、以及使用现在的一些
新工具把C语言编译到硬件中。


出于以下几个原因,你可能会考虑使用FPGA来实现DSP解决方案。首先是为了提高性能,尽管今天的DSP处理器很快,并对许多DSP应用来说很有用,但仍有一些应用要求性能再进一步提升,而FPGA提供了更高的性能。例如,FPGA可以生成一个定制硬件设计,从而控制逻辑能够在硬件中实现。工程师将不必再利用精确的时钟周期来实现控制功能。此外,通过裁减硬件架构,FPGA可以提供额外的性能。如果最重要的设计考虑因素是速度,那么可以在FPGA中设计完全并行的算法处理方案。今天,用FPGA来执行DSP功能的最常见应用之一是视频处理。其它可从FPGA的更高性能中受益的应用包括雷达、超声波和高速调制解调器等。


使用FPGA进行数字信号处理的另一个理由是今天的许多系统已经包含了一个FPGA,用于协议转换、胶合逻辑或一些其它系统功能。如果那个FPGA没有被完全利用,那么把DSP功能加入其中可以为系统节约成本。而且如果标准发生改变,使用FPGA就不会有任何风险。FPGA的配置文件能够像软件那样升级,尽管它们必须被存储在系统的非易失性存储器中。


当用FPGA进行设计时,如果有可能,最好坚持使用定点数系统。这有几个原因。首先,所有嵌入在FPGA中的逻辑(乘法器、累加器)已经被设计成定点运算单元,为FPGA用途而设计的大多数内核也是如此。其次,浮点的实现很复杂,而且需要规模相当大的硬件。在产品的开发成本或每单位成本中,浮点解决方案的费用过高,因而可能不值得我们这样做。最后,FPGA内部的定点格式为用户提供了足够的灵活性,因为表示一个数字的位数可以由用户选择,而且用户可以在任何需要的地方设计舍位和进位方式,从而使定点实现很实用。


当决定在定点实现中应该使用多少位数时,请记住每增加一位会使信噪比提高约6dB。

正如市面上有许多软件,而且某些软件比其它软件更适合于不同的场合一样,创建FPGA设计的方法也有许多种。第一种设计技术是使用IP核来进行设计。这是最容易的技术,因为内核已经是设计好并经过优化的。该技术通常能提供最佳的结果,因为专家在设计内核时已经针对应用和FPGA架构采用了最佳的实现方式。今天的大多数内核非常便于配置,例如,可选择并行实现、串行实现或对称操作。因此,我们很有可能找到可以满足大部分需求的内核。一些工具供应商和FPGA供应商甚至提供能够使用传统DSP系统设计软件(诸如Matlab之类的工具)来实现的内核,所以学习的过程并不是那么艰难。许多常见的内核对用户是免费的,如FIR滤波器和乘法器。更为复杂的内核通常需要许可费,在多数情况下,这是一次性费用。总而言之,如果设计人员缺乏FPGA设计经验且能以适当的价格发现适合其需要的内核,那么这种技术是最佳选择。