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1、第33卷第1期电子工程师Vol.33No.12007年1月ELECTRONICENGINEERJan.2007MATLAB在FPGA设计中的应用杜勇,刘帝英(酒泉卫星发射中心,甘肃省酒泉市732750)摘要:在FPGA(现场可编程门阵列)设计过程中,由于设计环境只能显示测试数据的时域波形,无法显示数据的频谱等其他特征,从而为程序的设计及调试带来困难。文中提出了利用文本文件传递数据,用MATLAB软件对FPGA测试数据进行分析的方法。实例分析表明,该方法简单有效,可为FPGA设计带来极大的方便。关键词:FPGA设计;MATLAB软件;数据分析中图分类号:TN402ISE是Xilin
2、x提供的一套工具集,其集成的工具0引言可以完成整个FPGA的开发过程。ISE的另一个特色FPGA(现场可编程门阵列)因其功能强大、开发是预留了与第三方工具(如综合工具Synplify/Synplify周期短、可反复编程修改等特性,而在数字信号处理领Pro、仿真工具Modelsim等)的接口,从而可实现与第[1]域得到了广泛应用。目前FPGA的设计调试环境(如三方工具无逢连接,给用户带来很大方便。在ISEQuartusⅡ、ISE、Modelsim等)中只能直观地显示仿真中可添加的测试文件有TestBenchWaveform和VHDL测试数据的时域波形,无法显示数据的频谱等特性,更T
3、estBench。其中:TestBenchWaveform是在波形界面不能以图形的方法显示数据的其他特征,因而在需要上通过直观地修改波形数据产生所需的测试数据,简对测试结果进行进一步分析处理时,程序设计者无法单直观但不够灵活,无法生成复杂的测试数据;VHDL直观准确地判断程序运行结果是否正确,给程序的设TestBench是根据所测试的程序文件自动生成测试文计及调试带来一定的困难。件,用户在测试文件中添加或修改代码,可灵活地产生MATLAB是一套功能十分强大的工程计算及数据所需的测试数据。要将测试数据存入指定的文本文分析软件。由于其编程语言简单直观,被称为“演算件,可通过在测试文件
4、中添加相应的代码实现。纸式”科学算法语言,已经广泛应用于科研及教学工Modelsim软件是目前业界使用广泛的波形仿真软[2]作中。本文提出将FPGA设计环境中的测试数据通过件。可以利用该软件实现对所设计的VHDL程序文本文件格式传递给MATLAB软件,再利用MATLAB进行仿真。由于ISE中为Modelsim软件预留了接口,软件对数据进行分析处理,并利用其强大的画图功能故Modelsim可直接嵌入ISE软件中,点击ISE中的即可直观地显示所需的信号特征,使测试结果更易于Modelsim图标工具即可实现仿真。在用Modelsim进判断,进而给FPGA的设计及调试带来方便。行仿真前必
5、须具备3个条件:一是启动ISE并建立了本文首先简要介绍FPGA的测试环境,然后通过一个FPGA工程项目;二是添加设计源代码且编译通一个具体的例子详细阐述数据在FPGA环境与MAT2过;三是为当前的设计提供一个测试激励文件。LAB环境中的传递方法,并给出相应的VHDL(甚高速2实例分析集成电路硬件描述语言)及MATLAB实现代码。2.1模块功能描述1FPGA测试环境下面以一个具体例子阐述MATLAB在FPGA设计中的应用。模块sin_mult_cos实现两路单频信号的目前主流的FPGA设计软件主要有进行Xilinx公相乘。输入为时钟信号clk和复位信号rst;内部产生司芯片开发的I
6、SE(集成综合环境)、进行Altera公司频率为1MHz的sin和cos信号;输出为两路信号相乘芯片开发的QuartusⅡ以及由Model公司开发的仿真的结果scm,同时将sin和cos信号引出以方便测试。调试软件Modelsim。由于本文实例采用ISE及Model2本实例开发环境为ISE7.1i,开发语言为VHDL,综合sim,故只对这两款软件进行简要介绍。工具为Synplify7.7,仿真工具为Modelsim6.0。图1为收稿日期:2006205226;修回日期:2006207210。综合后的RTL(寄存器传输级)逻辑原理图。·9··微电子与基础产品·电子工程师2007年1
7、月图1sin_mult_cos模块RTL原理由图1所示,sin_mult_cos模块由产生正、余弦信图2为在modelsim环境中的仿真波形。图中只号的DDS(直接数字频率合成器)组件、乘法器组件能看出信号大致的变化趋势,而无法确切知道输入信smult以及对输出信号进行锁存的触发器组件组成。号与输出信号之间的相位、频率及频谱等到关系,从而2.2仿真测试无法准确迅速地对测试结果进行判断。图2sin_mult_cos模块在Modelsim环境中的仿真波形通过在由ISE中的TestBe
