fpga在数字信号处理中的实施要点

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1、FPGA在数字信号处理中的实施要点　　【摘要】目前，数字信号处理技术在通信、雷达、语音和图像处理等诸多领域得到了广泛的应用，发挥着越来越重要的作用，而其处理算法的硬件实现也得到了飞速发展。本文分析了FPGA的特点，并对其在数字信息处理中的应用进行了研究和探讨。　　【关键词】FPGA数字信号处理要点　　前言：数字信号处理，简称DSP，是指采用数值计算的方式，对信号进行加工处理的理论和技术。在科技发展的带动下，信息化时代逐渐来临，数据信息成为社会发展中的关键因素，传统的模拟信号处理由于容易受到环境的影响，可靠性和灵活性较差，无法适应时代发展的要求，因此

2、，随着数字化计算机和大规模集成电路的发展和应用，数字信号处理逐渐取代模拟信号处理，在各个领域中得到了广泛的应用，受到了社会各界的关注和重视。　　一.FPGA概述　　FPGA，全称FieldProgrammableGateArray，即现场可编程逻辑门阵列，是一个包含有可编辑元件的半导体设备，可以由用户根据实际需求，进行逻辑功能的编辑，与一般的ASIC电路相比，FPGA具有设计周期短、修改方便等优点。　　FPGA出现与上世纪八十年代的中期，是在PAL、GAL、EPLD等可编辑器件的基础上，进一步发展出来的产物，可以通过对应的编程，将一个通用型的FPG

3、A芯片配置成符合用户实际需求的硬件数字电路，因此能够极大地缩短电子产品的研发周期，同时也可以降低产品的研发成本，使用FPGA对数字电路进行设计，可以有效简化设计流程，缩小数据规模，进一步提升系统的稳定性和可靠性。　　FPGA的主要特点包括：　　（一）利用FPGA对专用集成电路（ASIC）进行设计时，用户不需要进行投片生产，就可以得到想要的芯片；　　（二）在FPGA内部，含有丰富的触发器以及I/O引脚，可以满足用户的不同需求；　　（三）FPGA可以为其它全定制或者半定制的ASIC电路提供中试样片；　　（四）FPGA是所有ASIC电路设计中，开发费用最

4、低、风险最小、设计周期最短的器件之一；　　（五）在FPGA中，应用了高速CMOS技术，因此不仅功耗极低，而且可以实现与CMOS、TTL电平的有效兼容。　　二.FPGA在数字信处理中的实施要点　　从目前来看，数字信号处理的方案，大致可以三种，其一，通用性极强的可编程DSP芯片；其二，用于特定目的，具备全定制或半定制功能的DSP芯片组以及ASIC；其三，可以由用户自主编程的FPGA芯片。与其它两种方案相比，使用FPGA实现数字信号处理，具备高速性、实时性、经济性、灵活性等优点，在数字信号处理领域发挥着越来越重要的作用，可以完全取代传统的通用DSP芯片，

5、或者作为DSP芯片的协处理器进行工作。如果在实际应用中，将FPGA与通用处理器相互融合，由FPGA完成多个时钟周期的运算，由DSP芯片完成单个时钟的运算，并对FPGA的“可再配置计算”功能进行有效控制，则能够确保两者优势的充分发挥，体现出更好的应用效果。　　（一）基于FPGA的FFT算法实现　　在部分特殊的信号处理领域，对于系统的高速性和实时性要求极高，通用DSP很难实现这一要求，这就需要通过FPGA来实现，这里结合基于FPGA的FFT算法的实现，对FPGA在数字信号处理中的应用进行简单分析。　　1.FFT的存储单元结构　　为了确保连续数据流目标的

6、实现，在各级蝶形运算单元中，采用了双口RAM对计算的中间结果进行设计，实部与虚部的容量之和是单个蝶形运算元件的两倍左右。同时，存储单元还包括了对旋转因子的存储，每一级的蝶形运算单元，都包含两块ROM旋转因子的实部和虚部。　　2.地址产生单元　　在FFT运算过程中，一般都需要用到大量的RAM和ROM。因此，要想确保运算的有效性，数据读取和存储的正确性是非常重要的。FFT在运算时，会产生三组不同的地址，包括蝶形运算输入数据的地址、地形运算结果输入下一级的地址以及运算结束后最终的输出地址。在运算中，由于采用了同为运算的方式，因此对地址进行读取的过程同时也

7、是写入地址的过程。　　3.FFT处理器的性能分析　　要想提高FFT处理器的性能，一般会采用两种方法，即并行处理技术和流水线处理技术。在并行处理技术中，通过并行递归结构，设计了可以同时产生4个RAM地址以及3个ROM地址的地质发生器，从而有效提高了运算的效率；在流水线处理技术中，结合FPGA级联结构的特点，通过多级流水线技术，可以将整个信号序列的运算时间缩短为一级蝶形单元的运算时间。　　（二）基于FPGA的相关运算实现　　利用FPGA可以系统的相关运算，包括以下两个方面：　　1.时域内的相关运算　　相对来说，时域内的相关运算是比较简单的，但是对于系统

8、的性能有着较高的要求，在实际操作中，可以以查表的形式，来实现运算，不需要考虑点数问题，但是会占用大量的系统资源；也可以以成