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

每個(gè)I/O針腳都支持24個(gè)通用I/O標準中的任意一個(gè)，所以Spanan-3 FPGA可以最低的成本提供最靈活的連接，即可編程I/O技術(shù)；支持PCI、HSTL、SSSL、超傳送(HyperTransport)、LVDS、RSDS、LVPECL、LVPEL、LVCMOS及更多。

2.14邏輯資源

豐富的邏輯單元，寄存器具有移位能力；18X18乘法器；JTAG邏輯與IEEEll49.1/1532說(shuō)明兼容。

2.15 可以被Xilinx ISE(系統內仿真器)開(kāi)發(fā)系統支持。即綜合、映射、替代和尋址。

Spartan-3設備以最低成本提供高密度的FPGA，這使得它們非常適合于數量大、注重成本、以DSP為核心的應用程序。

即嵌入式18×18乘法器(最多104個(gè))、每秒最多3300億次乘法和累加運算(MAC/s)、優(yōu)秀的高速DSP功能的并行實(shí)現能力、靈活的串聯(lián)架構，可實(shí)現成本/功能需求的最佳組合，見(jiàn)圖所示最大的成本/性能靈活性。預驗證的DSP算法和核心，即濾波器、檢波、變換、算法、FEC、相關(guān)器。

2.2 Spartan-3獨特的器件結構

Spartan-3系列的結構可由5個(gè)基本的可編程功能模塊組成，分別是可配置邏輯模塊(CLB)，輸入/輸出模塊(IOB)、BlockRAM、乘法器模塊和數字時(shí)鐘管理器(DCM)。這些 小模塊的組成如圖2所示。一系列IOB模塊沿芯片的邊沿分布，圍繞著(zhù)一組按規則排列的CLB模塊。如XC3S50型只有一個(gè)按列排列的BlockRAM嵌在陣列中，XC3S200型到XC3S2000小型有兩個(gè)按列排列的BlockRAM，而XC3S4000和XC3S5000有4個(gè)BlockRAM。每個(gè)列狀BLockRAM是由幾個(gè)18kbRAM模塊組成，每個(gè)模塊與專(zhuān)用乘法器有受.。DCM放在BLockRAM的外端。

由上所見(jiàn)， FPGA解決方案的可編程特性降低了新系統設計的內在開(kāi)發(fā)風(fēng)險。由于擁有諸如多個(gè)I/O槽、片上數字時(shí)鐘管理器、以及大量的Block存儲器和分布式存儲器等其它功能，Spartan-3也可以高效實(shí)現許多控制/膠合邏輯功能，有效減小了系統的尺寸、復雜度和成本。

2.3 Spartan-3 FPGA來(lái)實(shí)現的DSP嵌入系統

Spartan-3設備以最低成本提供高密度的FPGA，這使得它們非常適合于數量大、注重成本、以DSP為核心的應用程序。

其嵌入式18×18乘法器(最多104個(gè))、每秒最多3300億次乘法和累加運算(MAC/s)、優(yōu)秀的高速DSP功能的并行實(shí)現能力、靈活的串聯(lián)架構，可實(shí)現成本/功能需求的最佳組合，見(jiàn)圖3(a)所示最大的DSP成本/性能靈活性。

預驗證的DSP算法和核心，即濾波器、檢波、變換、算法、FEC、相關(guān)器。而Spartan-3 FPGA 在高性能DSP應用中，有各種不同FIR濾波器技術(shù)的適用情況，而FIR濾波器的算法為：

公式中n個(gè)系數與n個(gè)相應的數據采樣相乘，再對內積求和產(chǎn)生單個(gè)結果。系數數值將確定濾波器的低通/高通/帶通特性，可以利用不同的架構和不同的方法來(lái)實(shí)現濾波器的功能。

由此可以說(shuō)，因為FPGA是極高并行度的信號處理引擎，能夠滿(mǎn)足算法復雜度不斷增加的應用要求，通過(guò)并行方式提供極高性能的信號處理能力。Xilinx的XtremeDSP模塊，如圖3(b)所示，使得Sparten3系列FPGA可以為高性能的數字信號處理提供理想的解決方案，達到傳統上由ASIC或ASSP完成的高性能信號處理能力?？梢葬槍底滞ㄐ藕鸵曨l圖象處理等應用開(kāi)發(fā)高性能的DSP引擎，也可在可編程DSP系統中作為預處理器或協(xié)處理器等。

由于嵌入式18×18乘法器(最多104個(gè))適應DSP應用中的眾多的功能。提高了操作數輸入、中間積和累加器輸出的可編程流水線(xiàn)操作。

在復雜算法的數字處理系統中，系統要求的不斷提高和集成規模的不斷擴大，使得系統結構在設計的開(kāi)始階段是不明確的，不可能直接用RTL(寄存器轉移級)設計方法進(jìn)行描述，所以將系統集成到數字芯片中。

采用數字技術(shù)對復雜算法進(jìn)行硬件實(shí)現時(shí)，首先遇到的問(wèn)題是在結構上并沒(méi)有預先的規定，因此需要首先對算法建模和仿真進(jìn)行優(yōu)化。與基于RTL針對結構清晰的設計方法不同，算法設計把焦點(diǎn)從針對結構的細節轉移到對設計的整體要求和行為，在最高的算法層次上考慮如何進(jìn)行設計，對系統的行為描述定義了設計要執行的算法，不涉及或很少涉及實(shí)現細節，因此行為描述比RTL描述要簡(jiǎn)潔的多。

圖3(c)為易用的DSP設計流程所示， 糸統產(chǎn)生器的DSP設計環(huán)境，包含了系統數學(xué)建模、算法優(yōu)化和改進(jìn)、設計校驗和診斷及HDL產(chǎn)生和仿真等。而綜合DSP設計服務(wù)包括DSP設計等級、現埸工程服務(wù)。