FPGA实现DSP应用

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1、FPGA实现DSP应用文章编号:1000-8829(2004)SO-0031-04FPGA实现DSP应用DSPApplicationsImplementedbyFPGA(清华大学电子工程系，北京100084)孟宪元(Xilinx公司上海代表处，上海200000)桂益俊摘要:具有系统级性能的FPGA在半导体工艺的线宽达到深亚1DSP的一般特性微米后更进一步按信号处理的要求改进器件结构和性能，不仅可实现VLSIDSP，且具有系统内可再编程的特性，可用流水数字信号处理(DSP)与模拟信号处理相比有许多优点，如和并行处理技术按硬件实现多媒体技术和无线通信

2、等应用对相对于温度和工艺的变化数字信号要比模拟信号更稳定，在数DSP提出的高要求。字表示中的精度可以改变信号的字长来更好地控制，所以DSP关键词:VLSIDSP;FPGA;流水;并行处理;分布运算技术可以在放大信号的同时去除噪声和干扰，而在模拟信号中中图分类号:TN911.72信号和噪声同时被放大，数字信号还可以不带误差地存储和恢文献标识码:B复、发送和接收、处理和操纵。许多复杂的系统可以用高精度、大信噪比和灵活可重复的数字技术来实现。表1给出数字信号Abstract:Thearchitectureandperformance9fFPGAhave

3、been处理领域技术发展的状况。adaptedtotherequirementofdigitalsignalprocessinginadditionDSP系统可以利用可编程处理器或利用VLSI电路技术制toitssystemlevelcharacteristic.WhenVLSIDSPisimplemented造定制设计的硬件电路来实现。数字设计的目标是在保持成本byFPGA,whichcanbereconfigurationinsystem,thepipelineand尽可能低的情况下使性能最佳。在一般的数字设计中，性能可theparallel

4、technologymakesystemshighperformancesinthe以按照以下4方面来度量:wirelesscommunicationandmultimediaapplications.(1)要求的硬件电路和资源的数量，即器件的空间或面积;Keywords:VLSIDSP;FPGA;pipeline;parallel;distributed(2)与流量和时钟速率有关的执行速度;algorithm.(3)执行规定任务要求的功耗或总能量;(4)对定点DSP系统有限字长决定的量化或数字舍取噪近年来由于多媒体技术和无线通信的发展，对DSP

5、应用的声。要求不断地增长，但是这些应用对信号处理要求高，需要采用DSP与其他通用计算技术相互区别的两个重要特性是实时处理速度高的硬件来实现DSP，所以，随着CMOS工艺的线宽流量要求和数据驱动特性。DSP的硬件实现应该设计成满足实不断缩小，从研制高性能的DSP专用芯片，直到近年来可以在时处理的紧凑的流量约束，与先在缓冲器存储，然后按批作业单片上集成DSP的应用，持续地推动了VLSIDSP这一领域的处理不同，新的输入采样从信号源周期地接收时就需要处理。发展。但是，技术上标准的制定和协议的约定又有一定的滞后，如果系统的流量比要求的采样率低，新的输入需

6、要停止或缓冲，要求DSP的专用芯片具有可编程的特性以适应技术的变化，而这要求无限长的缓冲器。但是，一旦采样率由硬件给予满足，可编程门阵列(FPGA)在器件密度、处理速度等达到片上系统的就没有必要使计算进行得更快。要求后，它所具有的系统内可再编程的特性成为实现DSP应用在DSP系统中，一旦所有的输入数据有效，就可以执行任的优选方案之一。何的子任务或计算，在这个意义上，这些系统是由数据流同步表1数字信号处理技术发展状况名称主要课题工具算法离散信号和系统Z变换，离散富氏变换褶积，相关数字信号处理数字滤波器匹配滤波器FIR/IIR滤波器谱分析非参数化，随

7、机信号功率谱协方差函数富氏变换自适应信号处理按观察信号/噪声最佳滤波RLS>LMS，格型，IIR滤波器现代信号处理高分辨率谱分析参数化ARMA，最大似然，嫡谱估计，特征分解信号时频分析非平稳信号时/频域小波变换，短时富氏变换，Gabor展开阵列信号处理实时、高性能信号处理Systolic阵列，波前阵列VLSI信号处理ASIC高速、实时通信、多媒体信号处理专用算法FPGA复杂DSP系统的实现平台基于嵌入处理器的最优硬/软件分割《测控技术》2004年第23卷增刊的，而不是系统的时钟，这使得DSP系统可以利用没有全局时PowerPC处理器硬核和片上总线

8、CoreConnect软核;QuickLogic钟要求的异步电路。公司的QuickMIPS，它包含175MHzMIPS4ke处理器和AM