基于FPGA的高速數據處理系統設計

擾動(dòng)識別部分由于采用的是平方后積分并與閾值比較的模式，屬于順序計算，耗時(shí)不多，數據處理耗時(shí)的主要部分是擾動(dòng)定位計算。擾動(dòng)定位計算采用的是相關(guān)計算，其所消耗的時(shí)間在計算速度固定時(shí)，由數據長(cháng)度L和相關(guān)長(cháng)度(移位次數)n決定。進(jìn)行一次相關(guān)計算的計算量為L(cháng)n次乘法和(L-1)n次加法。
在FPGA數據處理方面，當資源成本為主要制約時(shí)，根據速度要求，采用串行結構實(shí)現或DA結構實(shí)現；當速度成為主要制約時(shí)，則根據資源成本因素，采用并行結構實(shí)現或DA結構實(shí)現。而DA結構主要是通過(guò)對資源合理的利用來(lái)減小資源的空閑時(shí)間，從而提高系統的速度。但是對于本系統，在計算過(guò)程中各資源幾乎是在全速運行，DA結構并不能提高系統的速度，所以需通過(guò)并行結構(圖4)來(lái)提高系統運行速度。通過(guò)圖4可以看出，如果采用串行結構，整個(gè)相關(guān)計算由1個(gè)XtremeDSP Slice(或者1個(gè)單核處理器)完成，每完成一次互相關(guān)運算，整個(gè)數據段移位一次，共移位n次。因此為了及時(shí)處理采集到的數據，串行結構的計算速度至少是采集速度的n倍(根據傳感長(cháng)度不同，n最大可達2 500)。而AD7356最高采樣速率可以達到5 M／s，因此計算速度過(guò)快，單個(gè)XtremeDSP Slice不可能完成。而如果采用s個(gè)XtremeDSP Slice并行結構，則一次互相關(guān)計算相當于串行結構時(shí)的s次互相關(guān)計算，而本來(lái)需要移位n次完成的計算，現在只需要m(圖4中變量m=n／s)次移位，每次移位s，即可完成。因此，每個(gè)XtremeDSP Slice的計算速度為采集速度的m倍，可以有效減少對計算速度的要求。