<meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>

          新聞中心

          EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計應(yīng)用 > FPGA在數(shù)字信號處理中的簡單應(yīng)用

          FPGA在數(shù)字信號處理中的簡單應(yīng)用

          作者: 時間:2015-02-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            數(shù)字技術(shù)已經(jīng)成功運用于信號地濾波、語音、圖像、音頻、信息系統(tǒng)、控制和儀表設(shè)備??删幊虜?shù)字器在20 世紀(jì)70 年代地引入更是使DSP 技術(shù)突飛猛進(jìn),取得巨大成功,這些PDSP 都是基于精簡指令集(RISC)計算機(jī)范例的架構(gòu)。它的優(yōu)勢源于大多說算法的乘-累加運算(MAC)都是非常密集的。通過多級流水線架構(gòu),PDSP 可以獲得僅受陣列乘法器的速度限制的MAC 速度。由此可以認(rèn)為 也能夠用來實現(xiàn)MAC 單元,且具有速度優(yōu)勢,但是,如果PDSP 能夠滿足所需要的MAC 速度,那么PDSP 在成本問題上更具有成本優(yōu)勢,但隨著 成本降低,這個優(yōu)勢正在縮小。另一方面,現(xiàn)在我們還發(fā)現(xiàn)了許多高帶寬的信號處理應(yīng)用領(lǐng)域,例如:無線電、多媒體或衛(wèi)星通信, 技術(shù)可以通過一個芯片上的多級MAC 單元來提供更多的帶寬。此外,在諸如CORDIC($1087.5000)、NTT 和差錯校正算法等算法中,F(xiàn)PGA 較PDSP 更有效率優(yōu)勢。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/270159.htm

            FPGA 技術(shù)的關(guān)鍵就是利用強(qiáng)有力的設(shè)計工具以:

            ▲ 縮短開發(fā)周期。

            ▲ 提高器件資源利用率。

            ▲ 提供綜合器的選擇,例如:在最佳速度和設(shè)計規(guī)模之間做出選擇。

            FPGA兼有串、并行工作方式和高集成度、高速、高可靠性等明顯的特點,其時鐘延遲可達(dá)納秒級,同時,在基于芯片的設(shè)計中可以減少芯片數(shù)量,縮小系統(tǒng)體積,降低能源消耗,提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)和可靠性。正是由于FPGA具有這些優(yōu)點,F(xiàn)PGA在超高速應(yīng)用領(lǐng)域和實時測控方面有非常廣闊的應(yīng)用前景。在高可靠應(yīng)用領(lǐng)域,如果設(shè)計得當(dāng),將不會存在類似于MCU的復(fù)位不可靠和PC可能跑飛等問題。FPGA的高可靠性還表現(xiàn)在,幾乎可將整個系統(tǒng)下載于同一芯片中,實現(xiàn)所謂片上系統(tǒng),從而大大縮小了體積。與AMU設(shè)計相比,F(xiàn)PGA顯著的優(yōu)勢是開發(fā)周期短,投資風(fēng)險小、產(chǎn)品上市速度快,市場適應(yīng)能力強(qiáng)和硬件升級回旋碩士學(xué)位論文余地大,而且當(dāng)產(chǎn)品定型和產(chǎn)量擴(kuò)大后,可將在生產(chǎn)中達(dá)到充分檢驗的VHDL設(shè)計迅速實現(xiàn)ASIC投產(chǎn)。

            隨著大規(guī)?,F(xiàn)場可編程邏輯器件的發(fā)展,系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)入“片上可編程系統(tǒng)”(SOPC)的新紀(jì)元;芯片朝著高密度、低壓、低功耗方向挺進(jìn):在SOC芯片上可以將微處理器、數(shù)字信號處理器、存儲器、邏輯電路、模擬電路集成在一個芯片上。而如果將可編程邏輯電路IP核集成到SOC芯片上則會大大提高SOC芯片的靈活性與有效性,并且縮短了SOC芯片的設(shè)計周期。因此國際各大公司都在積極擴(kuò)充其IP庫,以優(yōu)化的資源更好的滿足用戶的需求,擴(kuò)大市場。

            綜上所述,與ASIC和通用DSP相比,F(xiàn)PGA器件能夠以高速、實時、低成本、高靈活性的優(yōu)點應(yīng)用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域,利用FPGA實現(xiàn)數(shù)字信號處理成為數(shù)字信號處理領(lǐng)域的一種新的趨勢,它可以完全取代通用DSP芯片或作為通用DSP芯片的協(xié)處理器進(jìn)行工作。如果將通用處理器和FPGA融合在一起,把需要多個時鐘周期的運算交給FPGA完成,DSP芯片主要完成單時鐘的運算和控制FPGA的“可再配置計算”功能,會更好地將兩者的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

            蝶形運算單元的FPGA實現(xiàn)

            蝶形運算單元是FFT處理器的基本單元,用來計算兩點的FFT。由于蝶形運算單元是由一個復(fù)數(shù)加法器、一個復(fù)數(shù)減法器和一個旋轉(zhuǎn)因子復(fù)數(shù)乘法器組成,所以利用上面設(shè)計的旋轉(zhuǎn)因子復(fù)數(shù)乘法器和MAX+PLUSII中的lpm_add_sub模塊可以設(shè)計實現(xiàn)蝶形運算單元。基-2 FFT蝶形運算單元的VHDL代碼見附錄B。從代碼中可以看出,蝶形處理器是由一個加法器、一個減法器和一個實例化為組件的旋轉(zhuǎn)因子乘法器實現(xiàn)的。對應(yīng)硬件實現(xiàn)的輸入輸出框圖如下圖所示:

            

          FPGA在數(shù)字信號處理中的簡單應(yīng)用

           

            蝶形處理器的輸入輸出框圖

            對輸入值為A=20+30J、B=50+45j、旋轉(zhuǎn)因子C+jS=256×e∧jpi/9=121+j39時進(jìn)行仿真。仿真波形如下圖所示:

            

          FPGA在數(shù)字信號處理中的簡單應(yīng)用

           

            蝶形運算單元的VHDL仿真波形

            可見,所設(shè)計的蝶形處理器在MAX+PLUSII中對于輸A=20+30J、B=50+45j、旋轉(zhuǎn)因子C+jS=256×e∧jpi/9=121+j39時進(jìn)行仿真得到的輸出結(jié)果和理論上計算得到的結(jié)果是完全相符的,從而說明基于VHDL語言設(shè)計的蝶形處理單元的正確性。

            本文通過設(shè)計一種基于FPGA的FFT探討了FPGA在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用。本文重點設(shè)計實現(xiàn)了蝶形運算單元,并且進(jìn)行了仿真,通過比較可以看出仿真結(jié)果與理論值吻合的很好。本系統(tǒng)的最大優(yōu)勢在于利用FPGA器件豐富的邏輯資源,內(nèi)嵌的RAM, ROM塊及其靈活的可編程特性使運算速度較傳統(tǒng)方法有了很大提高。當(dāng)然付出的代價是用這種并行的結(jié)構(gòu)需求的硬件資源很多。

            隨著芯片集成度的不斷提高,用這種并行結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的FFT運算其優(yōu)越性將越來越明顯。而且用這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的FFT很容易擴(kuò)展,只需要增加蝶形的個數(shù)和循環(huán)次數(shù)即可?;贔PGA的FFT/IFFT處理器由于其硬件上的并行性,速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于一般的通用DSP。FPGA具有成千上萬的查找表和觸發(fā)器,因此,F(xiàn)PGA平臺可以利用更低的成本達(dá)到比通用DSP更快的速度。采用FPGA技術(shù),還可以獲得高性能,滿足成本要求,并享有快速有效地對新設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化的靈活性。這種基于并行算法的FFT/IFFT處理器,可以廣泛應(yīng)用在高速信號處理系統(tǒng)中。并且由FFT處理器的設(shè)計可以看出,前端的可編程數(shù)字信號處理算法,例如FIR和IIR濾波器,都可以利用FPGA構(gòu)建。

            用FPGA實現(xiàn)數(shù)字信號處理在現(xiàn)代通信中將得到很廣泛的應(yīng)用。DSP IP是3G無線通信、數(shù)字音頻和視頻圖像處理、廣播、多信道多點分布服務(wù)(MMDS)以及正交頻分復(fù)用(OFDM)系統(tǒng)等新興應(yīng)用的理想選擇??删幊踢壿嫼蛙汭P核的靈活性讓各個公司能夠讓他們的設(shè)計快速地適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)。

            目前,Altera已經(jīng)設(shè)計實現(xiàn)了DSP功能塊。Altera的DSP IP套裝包括標(biāo)準(zhǔn)DSP功能(如Turbo($2175.0000)譯碼器)。IP核是靜態(tài)參數(shù)化的,這樣MegaWizard Plug-In Manager根據(jù)給定的一組參數(shù)生成最高效的硬件。這些插件允許設(shè)計者無需改變設(shè)計源代碼就可以定制IP。而且,軟IP能夠立刻導(dǎo)入新的Altera FPGA器件系列中。這一解決方案可滿足設(shè)計和生產(chǎn)部門兩方面的要求。

            可見,硬件和軟件設(shè)計者可以利用可編程邏輯開發(fā)各種DSP應(yīng)用解決方案,可編程解決方案可以更好的適應(yīng)快速變化的標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議和性能需求。隨著新的FPGA體系的出現(xiàn),DSP IP核和工具數(shù)量的增加,采用可編程邏輯的DSP應(yīng)用繼續(xù)增加。FPGA器件能夠以高速、實時、低成本、高靈活性的優(yōu)點應(yīng)用于數(shù)字信號處理領(lǐng)域,它可以完全取代通用DSP芯片或作為通用DSP芯片的協(xié)處理器進(jìn)行工作。

          fpga相關(guān)文章:fpga是什么


          數(shù)字濾波器相關(guān)文章:數(shù)字濾波器原理


          關(guān)鍵詞: FPGA 信號處理

          評論


          相關(guān)推薦

          技術(shù)專區(qū)

          關(guān)閉
          看屁屁www成人影院,亚洲人妻成人图片,亚洲精品成人午夜在线,日韩在线 欧美成人 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();