Spartan-3 FPGA實(shí)現的DSP嵌入系統及其在在平板顯示器中的應用

前言

用FPGA實(shí)現的嵌入式系統，均是在更大的芯片中嵌入的重復完成特定功能的計算系統，雖則是隱含嵌入，但實(shí)際上在各種常用的芯片中能夠找到這些嵌入式系統。例如，消費類(lèi)電子產(chǎn)品中的手機、尋呼機、數字相機、攝像機、錄像機、個(gè)人數字助理等。

當今，以現場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)來(lái)實(shí)現可配置的嵌入式系統已越來(lái)越廣泛.其Spartan-3E FPGA成為實(shí)現各種低成本數字消費類(lèi)系統的理想器件。這是從系統對上市時(shí)間的要求、可編程的特性以及集成度等方面考慮有其獨特的優(yōu)勢。即采用90納米工藝生產(chǎn)FPGA器件之后，FPGA器件進(jìn)一步降低成本，減少功耗和提高性能，低成本使FPGA成為中小批量生產(chǎn)的應用器件，應用范圍從早期的軍事、通信系統等擴展到低成本消費電子類(lèi)等產(chǎn)品。

目前，常用FPGA來(lái)實(shí)現DSP嵌入系統與嵌入微處理器系統，而本文主要介紹高性能、低成本的Spartan-3 FPGA實(shí)現的DSP嵌入系統及其Spartan-3系列器件在平板顯示器中的應用。

2、關(guān)于用Spartan-3 FPG來(lái)實(shí)現的DSP嵌入系統

為什么利用Spartan-3 FPGA來(lái)實(shí)現DSP系統，這應首先了解Spartan-3 FPGA特性，即Spadan-3的各種功能及其在實(shí)現DSP時(shí)的用途。

2.1 Spartan-3 FPGA特性概述。

2.11成本較低的FPGA

*Spartan-3平臺FPGA具有很高的性?xún)r(jià)比

經(jīng)過(guò)優(yōu)化的Spartan-3 FPGA架構，結合90納米處理技術(shù)和300毫米晶圓技術(shù)，每片晶圓產(chǎn)出的完好芯片數足130納米/200毫米技術(shù)的五倍，其每邏輯單元成本(CPL)最低。

*完整的密度范圍

Spartan-3FPGA的密度范圍是從50，000系統門(mén)到5，000，000系統門(mén)，這使得低成本FPGA與的密度范圍得到了前所未有的擴展；326MHz的系統時(shí)鐘率；三路電源干線(xiàn)內核電壓1.2V、I/O電壓1.2~3.3V、輔助設備電壓2.5V.它為高容量，面向用戶(hù)的設備提供了非常低的成本與高性能邏輯方案。

*獨特的交錯排列I/O引腳技術(shù)

Spartan-3FPGA結合了90納米處理性術(shù)和交錯排列引腳技術(shù)，可以提供、很低的每I/O成本(CPl)和最高的每門(mén)I/O數。

2.12 獨特的功能

*XCITE技術(shù)(數字控制阻抗技術(shù))使用

XCITE片上數字終端不再需要外部電阻器(見(jiàn)圖1(a)所示)，這提供了大量的優(yōu)勢。 減少系統組件；提高系統可靠性；簡(jiǎn)化電路板布局；降低制造成本；實(shí)現I/O最大帶寬；消除短反射噪音。

*選擇RAM分級存儲(即BlockRAM總位數高達1872kb)與擴展內存

Spartan-3 FPGA具有兩種類(lèi)型的內存，可以滿(mǎn)足不同的設計需求，即最大1.8Mb的真實(shí)雙端口塊RAM和最大520Kb的分布式RAM，其封裝形式為16位深×1位寬，可用作移位寄存器和FIFO。

*系統時(shí)鐘管理-具有4個(gè)DCM數字時(shí)鐘管理器

先進(jìn)的時(shí)鐘管理為高性能電路的設計者提供了更大的靈活性和更強的控制能力， 見(jiàn)圖1(b)所示。最多四個(gè)數字時(shí)鐘管理器(DCM)，并帶有9個(gè)外部輸出；8個(gè)預設的全球時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò )，即8根全局時(shí)鐘線(xiàn)路和豐富的尋址。

*嵌入式乘法器

專(zhuān)用的硅資源允許充分地自定義數據路徑，并獲得最佳DSP性能，見(jiàn)圖1(c)所示。 最多104個(gè)18×18乘法器，該乘法器模塊允許兩個(gè)18位二進(jìn)制作為輸入并計算輸出36位結果，見(jiàn)圖所示；而專(zhuān)用的進(jìn)位邏輯和高效級聯(lián)，可實(shí)現更多功能。