MULTLABDSPbuilder硬件模块设计.doc

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1、.第六章Matlab/Dspbuilder硬件模块设计Matlab是国强大的数学分析工具，广泛用于科学计算和工程计算，还可以进行复杂的数字信号处理系统的建模、参数估计及性能分析。Simulink是Matlab的一个组成部分，用于图形化建模仿真。DSPBuilder是Altera公司推出的一个面向DSP开发的系统级工具，它构架在多个软件工具之上，并把系统级（算法级建模）和RTL级（硬件实现）两个设计领域的设计工具连接起来放在Matlab/Simulink平台上，而将QuartrsⅡ作为底层设计工具置于后台

2、，从而最大程度地发挥了这三种工具的优势。DSPBuilder作为Simulink中的一个工具箱，使得用FPGA设计DSP系统完全可以通过Simulink的图形化界面进行，只要简单地进行DSPBuilder工具箱中的模块调用即可。Matlab/DSPBuilder尤其适用于一些在QuartusⅡ上不方便完成或不能完成的设计项目（如涉及算法类及模拟信号处理与生产方面的系统处理）。DSPBuilder还可以自动完成大部分的设计过程和仿真，直到把设计文件下载到FPGA中。DSPBuilder提供了Quartus

3、®II软件和MATLAB/Simulink工具之间的接口。其具有如下特性：1.用于连接Mathwork的MATLAB（信号处理工具箱和滤波器设计工具箱），Simulink环境和Altera®的QuartusII设计软件环境。2.支持Altera的DSP核，这些核均可以从Altera的上下载（例如：FIRCompiler、Reed-SolomonCompiler等等）。3.可以利用Altera的DSP开发板来快速的实现设计的原型。4.支持SignalTap®II逻辑分析仪（一种嵌入式的信号分析仪，它可以探

4、测到DSP开发板上Altera器件部的信号，并把数据引入到MATLAB的工作区以便于进行可视化的分析）。5.包括了用户可以创建的定制的逻辑，用于配合SOPCBuilder和Nios®II嵌入式处理器设计。6.包括了PLL块，用于多时钟设计。7.包括了状态机块。8.针对DSP系统的算法和实现，支持统一的表示方法。9.根据MATLAB和Simulink的测试矢量，可以自动生成VHDL测试激励或QuartusII矢量文件（.vec）。10.自动调用VHDL综合器和QuartusII编译器。11.仿真可以设定为

5、比特或周期精度。12.提供多种的定点运算和逻辑操作，用于配合使用Simulink软件。13.支持多种Altera的器件：Stratix、StratixII和StratixGX器件；Cyclone和CycloneII器件；APEXII、APEX20KC和APEX20KE器件；Mercury器件；ACEX®1K器件；FLEX®10K和FLEX6000器件。利用Matlab和DSPBuilder进行模块设计也是SOPC技术的一个组成部分。这是由于利用Matlab/DSPBuilder/QuartrsⅡ可完成纯

6、硬件的DSP算法模型及实现，从而构成嵌入式系统外围接口的协处理模块，再进一步构成软件程序中的精简指令，DSP模块或其他功能模块可以成为单片FPGA电路系统中的一个组成部分，而且通过Matlab/DSP..Builder，可以直接为Nios嵌入式处理器设计各类加速器，并以指令的形式加入到Nios的指令系统，从而成为Nios系统的一个接口设备，与整个片嵌入式系统融为一体。即利用DSPBuilder和基本的NiosCPU，用户可以根据项目的要求，自己构建自己需要的DSP处理系统。本章主要介绍利用Matlab/

7、DSPBuilder/QuartrsⅡ三个工具软件联合开发的设计流程。图6—1为Matlab/DSPBuilder/QuartrsⅡ联合应用框图。由图6—1可见，设计流程从利用建立DSP电路模型开始，电路模型的建立可以是图形化的，利用Simulink和DSPBuilder中提供的丰富的功能模块和IP核进行设计。DSPBuilder中包含了算术和存储功能等设计模块以及IP库中的许多复杂功能模块。电路中的功能模块和IP的技术参数、数据格式、数据类型和总线宽度等都可以直接设置。电路模型设计完成后，可以进行系统

8、级的模型仿真，这与目标器件和硬件系统没有关系，是基于算法的仿真。下个步骤是利用置于Simulink电路模型界面的DSPBuilder的SignalCompiler，将电路模型文件，即Simulink电路模块文件（.mdl）转换成RTL级的VHDL代码表述和工具命令语言(Tcl)脚本。一旦获得转换好的VHDL描述，在Simulink中即可调用VHDL综合器了，目前可选用的综合器有QuartrsⅡ、LeonardoSpectru、和Synpli