SOPC技术基础教程 第5章 基于FPGA的DSP开发(一)

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1、第5章基于FPGA的DSP开发技术DSPBuilder可以帮助用户完成基于FPGA的DSP系统设计，除了可以进行图形化的系统建模外，DSPBuilder还可以自动完成大部分的设计过程和仿真，直至把设计文件下载到FPGA芯片中。一方面，经由Matlab/DSPBuilder和QuartusII软件工具开发的DSP模块或其它功能模块可以成为单片FPGA电路系统的一个组成部分，可以承担一定的功能；另一方面可以通过Matlab/DSPBuilder，为Nios嵌入式处理器设计各类加速器，并以指令的形式加入到NIOSII的指令系统，从而成为

2、NiosII系统的一个接口设备，与整个片内嵌入式系统融为一体，即利用DSPBuilder和NiosIICPU，用户可以根据项目的具体要求，随心所欲地构建自己的DSP处理器系统。5.1基于MATLAB／DSPBuilder的DSP模块设计流程DSPBuilder是一个系统级（算法级）设计工具，但同时它把系统级（算法仿真建模）和RTL级（硬件实现）的设计工具连接起来，使算法开发到硬件的实现可以无缝地过渡。使用Matlab/DSPBuilder进行DSP系统的开发必须要安装Matlab和DSPBuilder软件。DSPBuilder设计

3、包括两套流程：自动流程和手动流程：设计流程的第一步在Matlab/Simulink中进行设计输入，在Matlab/Simulink中建立一个模型文件（mdl文件），用图形方式调用DSPBuilder和其它Simulink库中的模块，构成系统级或算法级设计框图。利用Simulink的图形化仿真、分析功能，分析此设计模型的正确性，完成模型仿真。第一步设计同一般的Matlab/Simulink建模过程几乎没什么区别，所不同的是，设计采用了DSPBuilder库。设计流程第二步通过SignalCompiler把Simulink的模型文件转

4、化为硬件描述语言文件，以供其它的EDA（QuartusII、ModelSim等）软件处理，这些软件不能直接处理Matlab/Simulink产生的模型文件，那么DSPBuilder中的SignalCompiler模块用于完成模型文件到硬件描述语言文件的转换，转换之后的HDL文件是RTL级（寄存器传输级，即可综合的格式）。设计流程的第三步执行RTL级的仿真，DSPBuilder支持自动流程的ModelSim仿真。用户也可以利用第二步产生的VHDL文件使用其它的仿真工具软件手动地进行仿真。设计流程的第四步使用第二步SignalComp

5、iler产生的VHDL文件进行RTL级的综合，网表产生和适配等处理，DSPBuilder支持自动流程和手动流程两种方式：自动流程中可以选择让DSPBuilder自动调用QuartusII等EDA软件来完成相应的工作；手动模式允许用户选择相应的软件来完成相应的工作，手动模式需要更多的干预，同时提供了更大的灵活性，用户可以指定综合、适配等过程的条件。第三步和第四步可以不分先后。设计流程的第五步在QuartusII中编译用户的设计，最后将设计下载，进行测试验证。经过测试、验证的设计可以单独执行相应的DSP功能。如果DSPBuilder产

6、生的DSP模型只是整个设计中的一个子模块，那么可以在设计中调用DSPBuilder产生的VHDL文件，以构成完成的设计。5.2正弦发生器模块的设计通过本例的学习可以掌握DSPBuilder的使用方法。这个简单的正弦波发生器，主要由4部分构成：IncCount是阶梯信号发生模块，产生一个按时钟线性递增的地址信号，送往SinLUT。SinLUT是一个正弦函数值的查找表模块，由递增的地址获得正弦波的离散值输出。由SinLUT输出的8位正弦波数据经过一个延时模块Delay后，送往Product乘法模块，与SinCtrl相乘，SinCtrl

7、是一位输入，SinCtrl通过Product完成对正弦波输出有无的控制。SinOut是整个正弦波发生器模块的输出，送往D/A即可获得正弦波模拟输出信号。5.2.1建立设计模型（1）运行Matlab，Matlab的主窗口被分成3部分：CommandWindow、Workspace/CurrentDirectory、CommandHistory。（2）建立工作目录。在建立一个新的设计模型前，先要建立一个文件夹，作为工作目录，来保存相应的设计文件，在进行设计之前要先切换到该文件夹下。新建和切换到工作目录可以在命令窗口中使用Matlab命

8、令，也可以在CurrentDirectory窗口中实现。（3）启动Simulink，建立模型。在命令窗口中，键入Simulink，按回车键，启动Matlab图形化仿真工具Simulink，出现了SimulinkLibraryBrowser窗口，在窗