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浅析FPGA和专用DSP的原理及使用

浅析FPGA和专用DSP的原理及应用-虽然定制实现DSP功能,但在很多应用中几种功能,如FIR(有限脉冲响应)滤波器,IIR(无限脉冲响应)滤波器、FFT(快速傅里叶)和混频器是共同的。所有这些功能都需要与加、减、累加一起的乘法单元组合。

  视频和静止图画的遍及选用,以及可装备体系(如软件无线电)日益增长的需求持续驱动DSP使用的扩展。许多使用需求经济有用的DSP处理。

  虽然定制完成DSP功用,但在许多使用中几种功用,如FIR(有限脉冲响应)滤波器,IIR(无限脉冲响应)滤波器、FFT(快速傅里叶)和混频器是一同的。一切这些功用都需求与加、减、累加一同的乘法单元组合。

  FIR滤波器(图1)存储n数据单元系列,每个数据单元推迟一个附加周期。一般,这些数据单元称之为分支。每个分支与系数相乘,其成果求和发生输出。某些办法并行履行一切的乘法。更一般的办法是分为N级,用累加器从一级到下一级传递成果。这些完成办法用功用资源交换速度,取N个核算级并需求n/N个乘法器。依据系数是静态仍是动态以及系数值规划,有不少其他通用的规划最佳化办法。

浅析FPGA和专用DSP的原理及使用

  图1 典型FIR滤波器的完成

  完成办法

  从图画压缩到确认数据取样的频谱成分,在不同的使用中都用FFT。完成FFT有多种办法。最通用的办法是通用Cooley-Tukey时刻抽取,把FFT分解成若干更小的FFT。最简略的完成办法是用Radix-2蝶形单元(图2),其输入数据有必要传递倍数。这种核算概念上是简略的;可是,图左面一切的乘和加是用复数核算的,所需求的乘和加的实数是更杂乱的问题(如图右边所示)。

  图2 完成FFT的Radix-2蝶形办法

  IIR滤滤器除引进反应通路外,它类似于FIR滤波器。这些反应通路使IIR滤波器的规划和剖析比FIR更杂乱。可是,关于相同硅面积,IIR办法可供给更强的滤波器。虽然有几种IIR结构,可是,一种通用的结构是用2阶四次方结构(图3)。

  图3 IIR2阶四次方滤波器

  许多使用是用混频器来改换信号频率。概念上,可用单个乘法器,而在数字使用中,用复数方式表明不少长处。最一般的方式是信号表明是为I和Q重量。

  DSP挑选

  做为这些通用功用使用,大多数DSP使用的中心是乘、加、减或累加。通用DSP芯片与通用微处理器结合能有用地完成这些功用。乘法器数量一般1“4个,而微处理器经过乘和其他功用定序经过的数据,存储中心成果在存储器或累加器。首要靠进步乘法所用的时钟速度来进步功用。典型时钟速度为几十MHz”1GHz。功用用每秒MMAC(百万乘累加)衡量,典型值10“4000。

  需求较佳功用有必要并联组合多个DSP引擎。这种办法的首要长处是直接完成用高档编程言语(如C言语)编写的算法。

  DSP定向的FPGA能在一个芯片上并行完成许多功用。通用发送、逻辑和存储器资源互连功用、履行加**能、定序和存储数据。某些根本器材仅供给乘法支撑,需求用户制作其他逻辑功用。更杂乱的器材供给加、减和累加功用做为DSP构建单元的一部分。FPGA一般带有几十乘法器单元,可作业在几百MHz的时钟频率。

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