基于FPGA的DSP设计方法的研究

摘要:本文主要针对一种新的DSP设计方法进行研究,即基于FPGA可编程逻辑器件来实现DSP算法。重点介绍了用MATLAB软件、DSP Builder工具和EDA工具软件(Quartus II)来设计实现DSP的具体方法、设计流程和步骤。

关键词:DSP Builder;DSP;FPGA;Quartus II软件;

中图分类号:TP302.7文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)014(C)-0162-01

数字信号处理[1]DSP,Digital Signal Processing 的应用领域较为广泛,如3 G移动通信、网络会议、多媒体系统、雷达卫星系统、医学仪器、实时图像识别与处理、联合战术无线电系统、智能基站,以及民用电器等。而实现DSP技术的方法很多,比如DSP专用处理器、ASIC专用集成电路、ASSP专用标准电路模块、FPGA实现。但目前因FPGA实现技术可以很好地解决数字信号处理中并行性和速度问题,同时FPGA具有灵活的可配置特性,使得其所构成的DSP系统非常易于修改、易于测试及硬件升级而广泛应用。下面重点介绍基于FPGA来进行DSP设计的具体方法和流程。

图1DSP Builder设计流程图

1、建立算法模型.首先在MATLAB/Simulink中完成DSP的相应算法功能的设计。即在MATLAB的Simulink环境中建立一个mdl模型文件,用图形方式调用Altera/ DSP Builder和其他Simulink库中的图形模块(图2),构成系统级或算法级设计框图或称Simulink设计模型(图3)。

DSP Builder是Altera公司推出的一个面向DSP开发的系统级工具。它是作为MATLAB的一个Simulink (用于图形化建模仿真)工具箱出现的。

2、Simulink模型仿真.完成DSP算法设计图的输入后可以利用MATLAB提供的Simulink工具模块进行前期的仿真,检验算法功能原理图的正确性。具体做法是施加合适的激励、设定一定的仿真步进和仿真周期,并添加合适的观察点和观察方式。运行仿真器,可以看到仿真结果,如果正确,则可以继续后面的操作;如果不正确,则需要修改设计或模块参数,直至设计正确为止,其观察窗口界面如图4所示。

3、mdl文件自动转化为VHDL文件。通过SignalCompiler工具模块把Simulink的模型文件(后缀为.mdl)自动转化成通用的硬件描述语言VHDL文件(后缀为.vhd)。是DSP Builder设计实现的关键一步。

4.使用ModelSim仿真[2]。DSP Builder在“MDL to VHDL”过程中会自动生成针对HDL仿真器ModelSim的测试文件。需要使用ModelSim对生成的VHDL代码进行功能仿真。

5.编译、下载。打开Quartus II环境,选择菜单“File”“Open Project”,定位到模型所在的目录,打开DSP Builder建立的Quartus II项目文件。然后按照Quartus II的流程对项目进行编译、下载、硬件测试。这样便把在MATLAB环境中设计的DSP模块图转换为VHDL语言的程序配置到了FPGA中,从而完成了DSP的开发。

结束语:基于FPGA进行DSP开发设计,是现代篇上编程系统的一部分,熟练掌握其设计方法和操作流程,对电子产品设计具有很重要的意义。

作者简介:胡迎刚,男,硕士研究生,四川师范大学成都学院。

参考文献:

[1]潘松:《现代DSP技术》[M],西安:西安电子科技大学出版社,2004年6月.

[2]潘松,黄继业:《EDA技术与VHDL(第二版)》,北京:清华大学出版社,2007年1月.

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