在Matlab中實(shí)現數字通信FPGA硬件設計

　　近年來(lái),在數字通信、網(wǎng)絡(luò )、視頻和圖像處理領(lǐng)域,FPGA已經(jīng)成為高性能數字信號處理系統的關(guān)鍵元件.FPGA的邏輯結構不僅包括查找表、寄存器、多路復用器、存儲器,而且還有快速加法器、乘法器和I/O處理專(zhuān)用電路.FPGA具有實(shí)現高性能并行算法的能力,是構成高性能可定制數據通路處理器(數字濾波、FFT)的理想器件.如Virtex-II Pro FPGA包含高性能的可編程架構、嵌入式PowerPC處理器和3.125Gbps收發(fā)器等.

　　但是,FPGA在數字信號處理領(lǐng)域的廣泛應用受限于幾個(gè)因素.首先,DSP開(kāi)發(fā)人員不熟悉硬件設計,尤其是FPGA.他們使用Matlab驗證算法,運用C語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編程,通常不會(huì )使用硬件描述語(yǔ)言(VHDL或Verilog)實(shí)現數字設計.其次,雖然VHDL語(yǔ)言也提供了許多高層次的語(yǔ)言抽象,但是基于并行硬件系統的VHDL程序設計與基于微處理器的串行程序設計有很大的不同.

　　基于以上原因,Xilinx公司開(kāi)發(fā)了基于Matlab的System Generator for DSP工具.System Generator for DSP是Simulink中一個(gè)基于FPGA的信號處理建模和設計工具.該工具可以將一個(gè)DSP系統表示為一個(gè)高度抽象的模塊,并自動(dòng)將系統映射為一個(gè)基于FPGA的硬件方案.重要的是,該System Generator for DSP實(shí)現這些功能并沒(méi)有降低硬件性能.

　　1 System Generator for DSP的特點(diǎn)

　　Simulink為DSP系統提供了強有力的高層次建模環(huán)境,可大量應用于算法開(kāi)發(fā)和驗證.System Generator for DSP作為Simulink的一個(gè)工具箱很好地體現了這些特性,同時(shí)又可以自動(dòng)將設計轉換為可綜合的高效硬件實(shí)現方案.該硬件實(shí)現方案忠實(shí)于原始設計,因此設計模型與硬件實(shí)現在采樣點(diǎn)(在Simulink中定義)是一一對應的.通過(guò)使用Xilinx精心設計的IP(intellectual property)核可以使硬件方案具有較小的延遲和體積.雖然System Generator中的IP模塊是經(jīng)過(guò)功能抽象的,但是對于熟悉FPGA的設計者來(lái)說(shuō),該模塊也具有直接訪(fǎng)問(wèn)底層硬件細節的能力.例如,可以指定System Generator乘法器模塊使用Virtex-II系列FPGA中的專(zhuān)用高速乘法器元件,用戶(hù)定義的IP模塊也能夠作為黑盒子插入系統之中,等等.

　　使用System Generator for DSP實(shí)現系統設計的主要特點(diǎn)有:

　　●在Simulink中實(shí)現FPGA電路的系統級建模,并自動(dòng)生成硬件描述語(yǔ)言.

　　●自動(dòng)生成Modelsim測試程序,支持軟硬件仿真.

　　●支持用戶(hù)創(chuàng )建的Simulink模塊.

　　●使用Xilinx FPGA自動(dòng)實(shí)現硬件系統.支持的Xilinx FPGA系列包括Spartan-II、Spartan-IIE、Spar-tan-3、Virtex、Virtex-E、Virtex-II、Virtex-II Pro.

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