基于DSP_FPGA的高速数字信号处理平台
基于FPGA+DSP的高速基带信号处理平台的设计
第 3期
ห้องสมุดไป่ตู้
2 0 1 4年 1月
科
学
技
术
与
工
程
Vo 1 . 1 4 N o . 3 J a n .2 0 1 4
1 6 7 1 —1 8 1 5 ( 2 0 1 4 ) 0 3 — 0 2 3 9 — 0 5
S c i e n c e T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g
出 了一种改进高速基 带信号处理平 台的硬件 设计方 案。该 方案采 用 F P G A+D S P的处理 架构 , 依托 高性 能 的器 件和 高速接 口, 搭建 了一个高性 能的通用 基带信号处理平 台。该平 台直接实现对 中频数 字信号 的处 理 , 融合数 字上 下变频 与基 带算法于
一
的处理器 , 其优势在于 : ①充分结合了 D S P和 F P G A 各 自的优点 , 更好地发挥 了性能 ; ②结构灵活、 通用 性强 、 适用 于模块化设计 ; ③对不同结构的算法都有 较强 的适应能力 , 尤其适合实时信号处理; ④算法执 行效 率高 、 开 发周 期短 、 系 统易 于维 护和 扩展 等 。 结合各类无线通信 系统实际算 法需求 , 低层信 号预处理算法的数据 为符号级数据 , 虽然数据量大 但运 算结 构 相对 比较 简单 , 适 于用 F P G A 进 行 硬 件 实现。高层处理算法的数据 为比特型数据 , 其特点
一
是数据量较少 , 但算法的控制结构复杂 , 适于用 D S P 来 实 现 。F P G A 具 有 明 显 的 并 行 处 理 优 势 和 灵 活 性, D S P运算 速度 快 、 寻址 方 式 灵 活 , 二 者 均 能 满 足 处 理 复 杂算 法 的要 求 , 这样以 F P G A +D S P的架 构 为核 心 , 借 助 于高性 能 的器件 和高 速接 口 , 设计 了一 个 高性 能 信 号 处 理 硬 件 平 台 J 。该 平 台具 有 灵 活 的处理 结构 , 对 不 同结 构 的算 法都 有 较 强 的适 应 能 力, 尤其适合实时信号的处理。
基于DSP和FPGA的数字信号处理系统设计
Vo 1 . 31 N o .1
J a n .2 O l 7
文 章 编 号 :2 0 9 5 — 6 9 9 1 ( 2 0 1 7 ) 0 1 ~ 0 0 6 5 — 0 3
基 于 DS P和 F P GA 的 数 字 信 号 处 理 系统 设 计
宋 劲松 , 杨 凯 。
( 1 . 宿 州 市 广 播 电视 台 , 安徽 宿州 2 3 4 0 0 0 ; 2 . 宿州 学 院 信 息工 程 学 院 , 安徽 宿州 2 3 4 0 0 0 )
变大 , 严 重 影 响了 电子设 备 的有效 运行 . 目前 , F P GA 和 DS P在 市 场上 广 泛用 于 高 速 处 理 器件 口 ] . F P GA 具 有 高 度 并行 体 系结 构 、 高 数 据率 以及 处 理 时 间可 控 等 优 点 , 但 其 不 能 实 现 很 复 杂 的算 法 . 而 DS P处 理 能 力 强 , 能 够 实 现 算
F P G A 的数字信号处理系统. 首先 设 计 了 系 统 的 总 体 结 构 和 工 作 流 程 , 然后对 系统 的主要硬 件 D S P和 F P GA 进 行 了设 计 , 最 后 设 计 了 系统 的软 件 部 分 . 经过测试 , 本系统能够正常工作 , 具 有较 好 的 信 号 处 理 能 力 . 关键词 : 数字信号处理 ; DS P ; F P GA
图 2 系 统 工 作 流 程 图
作者简介 : 宋劲 松 ( 1 9 6 9 一 ) , 男, 安徽 宿州人 , 工程师 , 主要 研 究 方 向为 多 媒 体 技 术 、 信号处 理. E - ma i l : 1 1 4 7 6 0 0 3 0 2 @
qq .c o n. r
基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计
p e r f o r m d a t a p r o c e s s i n g a n d a c c o mp l i s h t h e c o n t r o l o f US B i n t e r f a c e,ADC ,DA C,e t c .r e s p e c t i v e l y .Th e s y s t e m c a n i m— p l e me n t s p e c t r a l a n a l y s i s ,d i g i t a l f i l t e r d e s i g n a n d o t h e r c l a s s i c d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s i n g a l g o r i t h ms .Ha r d wa r e d e b u g r e —
Ab s t r a c t :I n n o wa d a y s ,t h e f u n c t i o n a n d s t r u c t u r e o f e l e c t r o n i c e q u i p me n t a r e b e c o mi n g i n c r e a s i n g l y c o mp l i c a t e d .Th e r e —
s u h s s u g g e s t t h a t i t me e t s t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s , a n d c o u l d b e i mp l e me n t e d t o r e a l p r o j e c t a n d d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s i n g
基于DSP和FPGA的高速数据采集处理系统[实用新型专利]
专利名称:基于DSP和FPGA的高速数据采集处理系统专利类型:实用新型专利
发明人:凌雁波,刘宇芳,陈祥,张鹏宙,张茜,苗丰,李勇申请号:CN201220334118.4
申请日:20120711
公开号:CN202838339U
公开日:
20130327
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型提供一种基于DSP和FPGA的高速数据采集处理系统,包括传感器接口、模/数转换模块、DSP处理器、FPGA处理器、数字控制电路、通讯接口、屏幕键盘模块。
主要通过FPGA将模/数转换模块的数字结果送到FPGA内部构建的双口RAM中,再由DSP通过DMA的方式读取采样数据进行计算处理,并将计算结果写入双口RAM,再通过FPGA控制外部器件;传感器接口电路对采集的模拟量进行调理后再送入模/数转换模块进行转换;数字控制电路提供了状态量的24V干接点输入、24V继电器驱动电路和PWM驱动电路;通讯接口提供DSP和上位机的接口;提供了屏幕键盘接口,可以进行一些重要数据的实时显示和简单的现场操作。
申请人:南京国电环保科技有限公司
地址:210061 江苏省南京市高新技术开发区永锦路8号
国籍:CN
代理机构:南京汇盛专利商标事务所(普通合伙)
代理人:张立荣
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基于DSP和FPGA的数字化中频处理平台
信号处理芯片, 在要求低功耗的便携式设备中, 主要使用低 功耗的T S2c0o M 30 50 系列芯片; 对功耗要求不高的设备中主
要使用 T S 2C 00系列 芯片 , S M 30 60 D P芯片主要 完成 各种 信号
通用的硬件平台, 以使各种相关 的通信任务能够用软件完 成, 从而构成一个具有高度灵活性 、 开放性 的通信系统。 采用 DP FG S 和 P A的数字信号处理平台显示出了其优越 性, 该平台可以把两者的优点结合在一起, 既兼顾速度和灵
活性 , 又具有较强的通用性 , 适于模块化设计 , 易于维护 系统 和扩展, 非常适合于高速信号处理。
bsdO ra adMD,1 I pe S dF G a iBodBn e l lg edD Pa P A,Sf a o ,ul so stui r l fx it adCm il s n ow r icr fl w nv s , eily n O — t es e yh i s e a l b i '
T NG l- n NI A l g pi U H AN /o d n Xa -o g
A s at hsppr noue iil F cs p tr ae isf aer i t ho g . " sp tr bt c T i ae tdcsad t es l o bs O owr a o e nl y 3 i l o r ir ga I a m f d l t d c o h a m f
图 1 以 D P和 F A为 中心的数字化 中频处理平 台 S W, 其中超大规模 FG I A芯片 和高速 的 D P芯片是 系统 的核 】 S
一种基于DSP和FPGA的实时信号处理平台设计
T 1 1是 A I 司推 出的一款 高性能浮点 D P处理器 . s0 D公 S 采用超级 哈佛结构 , 可直接构成 分布式并行 系统 和共享存储式并 行系统, 主要性 能 指 标 如 21 F1 : - 3 () 1内部核时钟频 率可达 30 z 即指令周 期为 33 s 内核 具有 双运算模 块——x和 Y, 条相互 独立 的 18 i内部数 3 2 bt 据 总线 ; () 3支持 81/26 bt /63/4 i 定点和 3 /4 i 26 bt 浮点数据格式 ; ()4 46 位数据线 和 3 位 地址线, 2 可提供4 G的统一寻址空 问; ()4 DMA通道 , 51 个 提供 了处理 核零开销数据传输 ; () 6支持 慢速 设 备和 流水 协议 两种 外设 访 问模式 , 芯片 内部 集成 SR D AM 控 制 器 ; ()通 道全双T链路 V , 74 I单个链路 V最大通信速率 20 ye/, I 5 MB ts 总 s
用到 雷 达 信 号 处 理 系统 中。
[ 关键词 ] 雷达信 号处理
O 引 言 .
DS T 11 F G P S 0 P A D P通过 F G S P A来进行 S M的读写控制 ; RA ()P 6F GA实现 处理板与外 部的通讯 和控制 , 如串 口 、 系统 状态输 出 及 控 制 输 入 、 出接 口 。 输 22 路 口 电路 设 计 .链
T 1 1物 理 引 脚 D P行 地 址 S0 S
A0
A1
21 .信号处理平 台原理框 图 信 号 处 理 板 硬 件 架 构 如 图 1 示 。信 号 处 理 平 台 采 用 A 所 D— s — s 0 为 主 处 理 芯 片 , 簇 4片 T 1 1 内 核 时 钟 3 0 P T l1 一 S0 , 0 MHz簇 总 线 速 , 度 为 7 M, 内包 含 2 6 yeS AM及 1MB t F A H。4片 A 5 簇 5 MB t DR 6 ye L S D— S — SIl P T 之间通过共享总线 的方式实现 紧耦合 。 O
基于DSP和FPGA的高速数据采集处理系统
125105,China)
on
Abstract:In order to acquire the data accurately and rapidly,a multi—channel real-time acquisition system based programmable gates
DSP,field controlled
words:data
a
prospect of application.
acquisition;DSP;FPGA;ADS8364
0引言
许多场合需要高速数据采集系统,如雷达、通讯、机器人、
语音图像处理等领域,也有的行业则需要高速度高精度数据采 集系统,如伺服电机定位,自动焊接机定位等…。如何在保证 数据采集的高速化的同时提高数据的精度,使数据采集的效果 更好是研究的出发点。文中介绍的数据采集系统是采用多个 传感器测量同一个待测量,数据预处理时采用自适应加权数据 融合算法,在保证速度的前提下增加精确度。在硬件结构上系 统采用ADS8364完成A/D数据转换,利用FPGA电路设计灵 活、集成度高、速度快的优点,实现多路数据选择器、存储器及 外围的一些控制电路。再把接收到的数字信号传输给DSP。 DSP对数字信号进行预处理后,通过CAN总线传至上位机进行 存储、显示和分析等。也可以作为其他大型系统的输入或者反 馈进行工作。 1系统原理 数据采集系统主要包括多路传感器、前端信号调理电路、
V
CAN通信模块设计 系统可利用TMS320F2812 DSP内部自带的CAN控制器,
无需另外添加。只需另加一个CAN收发器就能组成CAN总线 网络,选用PCA82C250,该器件对总线提供差动发送能力并对 CAN控制器提供差动接收能力,是使用最广泛的CAN收发器。 CAN总线通讯模块主要作用是将上位机的命令传输给DSP,并 且将采集到的数据传输给上位机,用于数据存储和处理。 3系统软件设计 系统软件采用模块化、结构化的编程方法。包括数据采集 模块、DSP处理模块、CAN总线接口的通讯模块。 3.1数据采集模块软件设计 数据采集模块主要是FPGA控制,FPGA内部编程有时钟 脉冲产生器、控制器、FIFO存储器等设计。在软件设计中可设 置FIFO的参数、各种标志和控制位,如深度、宽度,空满、半满 全满、可编程满等标志位,写使能、读使能等控制位,以便实现 与DSP的逻辑接口H1。当接到DSP信号后,初始化各个子程 序模块和ADS8364,包括AD采样的速率、参考电压的设定、时 钟的初值和分频比以及控制器的初值。 初始化完成后,FPGA输出时钟信号给AD8364并且提供 HOLD保持信号,启动转换。等待AD8364转换完成后产生中断
基于FPGA的高性能数字信号处理器设计与实现
基于FPGA的高性能数字信号处理器设计与实现随着科技的不断发展,数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)在各个领域得到了广泛的应用,例如通信、音频处理、图像处理等。
为了满足高性能和低功耗等需求,基于FPGA(Field-Programmable Gate Array,可编程门阵列)的数字信号处理器(DSP)逐渐受到关注和采用。
本文将介绍基于FPGA的高性能数字信号处理器的设计与实现。
一、引言随着移动通信、无线网络、人工智能等技术的迅速崛起,对数字信号处理器的性能要求越来越高,传统的通用处理器已经无法满足需求。
而FPGA作为一种可编程硬件设备,可以通过重新编程来实现各种不同的功能,因此成为了设计高性能数字信号处理器的重要选择。
二、FPGA的特点与优势1. 可编程性:FPGA采用可编程逻辑单元,可以根据应用的需要进行重新编程,实现各种功能。
2. 并行处理能力:FPGA内部拥有大量的可编程逻辑单元和片上存储器,可以同时处理多个数据流,提高运算效率。
3. 低功耗:相比于传统的通用处理器,FPGA在相同运算量下具有更低的功耗。
4. 实时性能:FPGA采用硬件并行处理方式,具有优异的实时性能,适用于对于响应时间要求较高的应用场景。
三、基于FPGA的数字信号处理器设计与实现的关键技术1. 数据流架构设计:数字信号处理器的核心是对数据流的处理,需要将各个功能模块进行合理的设计与连接,实现数据的流动。
2. 算法优化:针对不同的应用场景,需要对算法进行优化,减少计算复杂度和资源占用,提高处理性能。
3. 存储器设计:数字信号处理器需要使用大量的存储器来存放数据和中间结果,在FPGA中,需要合理分配片上存储器和外部存储器。
4. 时序约束与时钟分配:在FPGA中,设计时需要考虑时序约束和时钟分配,保证各个模块在时钟信号的控制下正常运行。
5. 性能评估与优化:设计完成后,需要进行性能评估,对于不满足要求的地方进行优化,提高数字信号处理器的性能。
基于DSP+FPGA的高速数字信号处理平台的电源设计
现 具有 通 用 性 、 可扩 充性 的硬 件 平 台 , 对 电 源设 计 中的 多项 关键 参 数 进 行 分析 与 阐述 。 并 关键 词 : 场 可 编程 门阵 列 ; 字 信号 处 理 ; 现 数 数模 ; 源 管理 监控 电 中 图分 类 号 : 9 17 TN 1 .2 文献 标 识 码 : B 文 章编 号 :0 4 7X(O7 O —04— 3 10 —33 2O )6 4 0
A ta t A e a pr a h o o rd sgn f ih s e d diia i n lp o e sn af r sde eo d, ih mail m pe e - bsr c : n w p o c fp we e i orhg p e gt lsg a r c s ig plto m i v lpe whc ny i lm n
( . no mai n n ie r g C l g , hn ie s yo e s i cs W u n 4 0 7 , i 1 Ifr t n a d E gn ei o l e C iaUnv ri fG o c n e , h ,3 0 4 Chn o n e t e a 2 Ch a Unv ri fG o c n e . u n 4 0 7 , hm ) . i ies yo e s i c s W h , 3 0 4 C n t e i
t h i h s e ii l in l r e sn y me n f h o i ai no S n P d e t ehg p e d gt g a p o s i b a so ec mb n t fD P a d F GA c n lg . v n e hp u h a GA, d as c g t o t h o o y Ad a c c i ss c s e d FP
基于DSP和FPGA的高速数据采集处理系统_高迎慧
作为控制模块,FPGA 接收到 DSP 的转换命令后,控制 A / D 转
换模块进行数据采集。ADC 控制模块利用 Verilog HDL 语言进
行描述,再利用 C 语言编写用于描述控制寄存器的头文件。将
控制模块 Verilog HDL 文件和寄存器头文件利用 SOPC Builder
对其封装成一个 IP 核。作为存储模块,利用 FPGA 内部丰富的
路复用应用。根据其放大倍数公式
G
=
1
+
49. 4 RG
K,可
确
定
选
取
一个 250 Ω 的电阻即可使得放大输出电压在 0 ~ 5 V 之间。为
了 保 证 输 入 信 号 的 变 换 精 度,这 里 应 选 择 温 漂 较 小 的 精 密 电
阻。经 AD620 放大后需加入低通滤波来消除高频干扰成分。
2. 2 A / D 转换模块设计
接收上位机的命令。以模拟地址 / 数据总线的方式与 FPGA 通 信,控制数据采集和对采集到的数据进行预处理( 包括数字滤 波和数据融合) 。这里选用 32 位定点 DSPTMS320F2812 芯片, 它采用 1. 8 V 的内核电压,具有 3. 3 V 的外围接口电压,最高 频率 150 MHz,片内有 18 KB 的 RAM,128 KB 的高速 Flash。
以 16 位的方式输出。地址 / 模式信号( A0,A1,A2) 为数据读取
方式的控制信号,共有 3 种方式,分别为单通道、周期、F道信息,这里必须将 ADD
引脚值为高电平。 2. 3 FPGA 模块[3]
在该设计系统中 FPGA 是 重 要 的 控 制 模 块 和 存 储 模 块。
0 引言 许多场合需要高 速 数 据 采 集 系 统,如 雷 达、通 讯、机 器 人、
基于FPGA的高速数字信号处理系统设计与实现
基于FPGA的高速数字信号处理系统设计与实现随着时代的进步和科技的发展,数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)在各个领域中扮演着重要角色。
而FPGA (Field Programmable Gate Array)作为一种强大的可编程逻辑器件,已经被广泛应用于高速信号处理系统中。
本文将探讨基于FPGA的高速数字信号处理系统的设计与实现。
1. 引言高速数字信号处理系统在实时性和处理速度方面要求较高。
传统的通用处理器往往无法满足这些需求,而FPGA的并行处理能力和灵活性使其成为处理高速数字信号的理想选择。
本文将着重讨论FPGA系统的设计和实现。
2. FPGA基础知识2.1 FPGA原理FPGA是一种可编程逻辑器件,由大量的可编程逻辑单元和存储单元构成。
通过编程可以实现逻辑门、存储器和各种电路。
FPGA的可重构性使得其适用于不同的应用领域。
2.2 FPGA架构常见的FPGA架构包括查找表(Look-up Table,简称LUT)、寄存器和可编程互连网络。
LUT提供逻辑功能,寄存器用于数据存储,而可编程互连网络则实现不同逻辑单元之间的连接。
3. 高速数字信号处理系统设计3.1 系统需求分析在设计高速数字信号处理系统之前,需要明确系统的需求和目标。
这可能包括处理速度、资源利用率、功耗等方面的要求。
3.2 系统架构设计基于FPGA的高速数字信号处理系统的架构设计是关键步骤之一。
需要根据系统需求和目标来选择合适的算法和硬件结构。
可以采用流水线结构、并行处理结构等以提高处理速度。
3.3 硬件设计硬件设计包括选择FPGA器件、选择合适的外设、设计适配电路等。
通过合理的硬件设计可以实现信号处理系统的高速和稳定运行。
4. 实现与验证4.1 FPGA编程使用HDL(Hardware Description Language)进行FPGA编程。
常用的HDL语言包括VHDL和Verilog。
基于DSP和FPGA的数字化信号处理系统研究
基于DSP和FPGA的数字化信号处理系统研究数字化信号处理技术在现代通信和控制系统中得到了广泛应用,从手机信号到高速列车系统,都需要数字化信号处理系统进行相关转化和处理。
在数字化信号处理技术中,DSP和FPGA作为重要的核心模块,能够快速、高效地实现信号处理。
本文将详细介绍基于DSP和FPGA的数字化信号处理系统的研究及其应用。
一、数字化信号处理系统的基本概念数字化信号处理是指将模拟信号进行采样、量化、编码等处理,最终转化成数字信号,然后通过数字信号处理器进行数字处理、分析、传输、存储等过程的技术。
数字化信号处理系统由三个基本部分组成:信号采集设备、数字信号处理单元和数字信号输出设备。
信号采集设备包括模拟滤波器、模拟前端电路、ADC(模拟-数字转换器)等部分。
ADC是数字化信号处理系统的核心之一,它将模拟信号转换成数字信号,然后将其传给数字信号处理器。
数字信号处理器又可以分为DSP和FPGA两个部分。
DSP是数字信号处理器中较常见的一种芯片,它采用高速运算功能单元和专门的算法解释器来实现快速、高效的数字信号处理。
FPGA则更多用在数字信号的逻辑实现和调度方面。
它采用硬件描述语言编写程序,并将运算资源进行逻辑连接,以实现功能的高度定制性和并行性。
数字信号输出设备包括DAC(数字-模拟转换器)、模拟滤波器、调制器等。
它的主要作用是将处理后的数字信号转换成模拟信号输出给外界。
二、数字化信号处理系统的应用领域数字化信号处理技术已经得到广泛应用,包括但不限于以下领域:1. 通信系统:数字化信号处理技术广泛用于手机、网络通信、卫星通信、无线电通信等领域,以提高语音、图像等信息的传输效率和质量。
2. 控制系统:数字化信号处理技术在飞行控制、电力控制、轨道交通等自动化控制系统中应用广泛,以实现对复杂系统的高效监控和控制。
3. 图像处理:数字化图像处理技术应用于图像处理、视频处理等领域,是计算机视觉、虚拟现实等技术的基础。
结合FPGA与DSP实现对高速中频采样信号处理平台的设计详解
结合FPGA与DSP实现对高速中频采样信号处理平台的设计详解现代社会正向数字化、信息化方向高速发展,在这一过程中,往往需要高速信号的实时性数字化处理。
例如,随着科技的进步,现代雷达等应用信号的数字化处理上有了长足的发展,但也带来了新的问题,这些应用的数字信号处理具有海量运行需求的应用背景,如巡航导弹末制导雷达地形匹配、合成孔径雷达的成像处理、相控阵雷达的时空二维滤波处理等领域。
目前,单片DSP难以胜任许多信号处理系统的要求。
而常见的解决方案也是高速A/D采样与信号处理功能是在多块不同的板卡上实现,这给实际应用带来很多不便。
鉴于上述现有技术所存在的问题,本设计平台的目的是:
(1)实现高速中频信号(如雷达信号)的数字化处理并进行实时传输数据或进行数据的实时计算,并能通过输出电路进行结果显示;
(2)自定义控制总线可以实现对高速中频信号处理板进行灵活控制,具有较强的可配置性和丰富的灵活性;
(3)高速A/D采样与D/A回放及数据处理单元集成在一块板上,在集成度高的同时也降低了高速信号在传输过程中出现差错的概率。
1 平台设计方案高速中频采样信号处理平台由主控制电路、高速A/D与D/A电路、信号处理单元电路、光纤通道电路、时钟管理电路、存储单元和外部接口电路组成,其总体框图如图1所示。
在实际应用过程中,四路A/D通道可以接收不同的信号源的信号,D/A通路可以对外进行数据显示等多种功能,时钟管理电路管理内外时钟的使用及对板上系统供给工作时钟,两路光纤通道可以与其他高速设备相连接,自定义总线可以与CPU或主控制器相连接对平台进行有效灵活的控制。
1.1 高速A/D与D/A设计
四路高速A/D采样通道采用两片NS公司的ADC081000实现,每片有两个A/D通道,。
基于FPGA的高性能数字信号处理器设计与实现
基于FPGA的高性能数字信号处理器设计与实现概述数字信号处理(DSP)是一种通过对数字信号进行算法计算和处理来实现信号数据处理的技术。
而基于FPGA的高性能数字信号处理器设计与实现就是利用可编程逻辑器件FPGA (Field-Programmable Gate Array)来实现高性能的DSP系统。
本文将介绍基于FPGA的高性能数字信号处理器的设计与实现过程。
第一部分:高性能数字信号处理器设计的背景和意义在现代通信、雷达、图像处理等领域,对于信号的处理要求越来越高,传统的处理器往往难以满足需求。
而FPGA以其可编程性、并行性和低功耗的特点,成为了实现高性能数字信号处理器的理想选择。
通过对FPGA进行设计与实现,可以在保证性能的情况下降低功耗,并且提供更灵活的硬件加速能力。
第二部分:基于FPGA的高性能数字信号处理器的框架设计1. 处理器架构设计高性能数字信号处理器主要由运算单元、存储单元、控制单元和外设接口组成。
在FPGA上,运算单元可以利用DSP块或LUT实现算法的计算;存储单元可以使用片上存储或外部存储器实现数据的储存;控制单元负责指令的解析和流程的控制;外设接口用于与外部设备进行数据交互。
2. 算法设计与优化对于高性能数字信号处理器,算法设计与优化决定了整个系统的性能和功耗。
根据具体的应用需求,可以选择不同的算法和优化策略,如快速傅里叶变换(FFT)、滤波器设计和图像处理等。
通过减少冗余计算、并行计算和流水线技术等手段,可以大幅提高DSP系统的性能。
3. 数据流设计与并行计算在FPGA上,可以通过数据流设计和并行计算来提高DSP系统的吞吐量。
数据流设计可以实现数据并行和指令并行,使得计算资源得到充分利用;并行计算可以通过多个计算单元同时进行计算,提高系统的运算速度。
采用合适的数据流设计和并行计算策略,可以充分发挥FPGA的并行性能。
第三部分:基于FPGA的高性能数字信号处理器的实现1. 开发环境搭建在进行FPGA开发之前,需要搭建相应的开发环境。
基于DSP+FPGA的高速通用实时信号处理平台设计
c mp tri d n y DP o u e s o eb S,a da h a i e e u n ec n r l fe tr y tm sp r r d b PL n tt es met m ,s q e c o to n ies se i e{ me y C D o 0
第 3 2卷
第 2期
电气 电 子 教学 学 报 J 0URNAL 0F EE E
Vo J 2 NO 2 l3 .
Ap . 01 r2 0
21 0 0年 4月
基 于 DS +F G 的 高速通 用 实 时信 号处 理 平 台设计 P P A
曹政 才 , 应 涛 王光 国 赵 ,
h g — p e ft e d v c s a d t e c d — p i z t n,t e o h r l s i o r c n u t n a d b t e o t i h s e d o h e ie n h o e o tmia i o h t e i n l we o s mp i n e t r c s- e o e f c i e b sn P. fe t y u i g DS v
De i n o i h S e d Un v r a a — m e S g l s g fH g p e i e s lRe lTi i na
P o e sn lto m a e n DS r c si g P a f r B s d o P+ F PGA
i p e e t to f F T l o ih s i p ro me y FP m lm n a i n o F a g rt m s e f r d b GA , s e t u a a y i a d c mmu ia in wih p c r m n l ss n o nct t o
基于DSP和FPGA的信号处理平台
基于DSP和FPGA的信号处理平台
王延昭
【期刊名称】《数字通信世界》
【年(卷),期】2008(000)005
【摘要】本文介绍了一种基于DSP和FPGA高速数字信号处理平台的实现方案,草点研究了试验平台的硬件实现结构,软件实现结构以及不同模式之间的切换,充分体现了软件无线电系统的灵活性,开放性和兼容性的特点.
【总页数】3页(P46-48)
【作者】王延昭
【作者单位】西安电子科技大学信息科学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN91
【相关文献】
1.一种基于DSP和FPGA的实时信号处理平台设计 [J], 梁之勇;竺红伟
2.一种基于DSP+FPGA架构的InSAR实时信号处理平台设计 [J], 王光;索志勇
3.基于DSP+FPGA的高速通用实时信号处理平台设计 [J], 曹政才;赵应涛;王光国
4.基于FPGA+DSP的高速中频采样信号处理平台的实现 [J], 苏永芝;耿玉玲
5.基于FPGA+DSP的高速基带信号处理平台的设计 [J], 谭左红;田增山
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基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计
基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计一、本文概述随着数字信号处理技术的飞速发展,数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)在通用数字信号处理系统设计中的应用越来越广泛。
本文旨在探讨基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计的相关理论、方法和技术,分析其在不同领域的应用及其优势,以期为未来数字信号处理技术的发展提供参考和借鉴。
本文首先介绍了数字信号处理的基本概念和发展历程,阐述了DSP和FPGA的基本原理和特点。
在此基础上,详细分析了基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计的核心技术和方法,包括系统架构设计、算法优化、硬件实现等方面。
结合实际应用案例,探讨了该系统在不同领域的应用及其性能表现。
通过本文的研究,我们可以深入了解基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计的关键技术,掌握其在实际应用中的优势和应用范围,为未来的数字信号处理技术的发展提供有益的参考和启示。
本文的研究也有助于推动数字信号处理技术在通信、音频处理、图像处理、生物医学工程等领域的广泛应用和发展。
二、DSP与FPGA基础知识数字信号处理(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)是现代电子系统设计中的两个关键元素。
DSP是一种专用的微处理器,用于执行复杂的数学运算,特别是快速傅里叶变换(FFT)等数字信号处理任务。
FPGA则是一种可编程的硬件逻辑设备,它允许设计师直接在硬件级别上实现复杂的数字逻辑。
DSP的设计主要围绕其高性能的数字处理能力,包括高效的算术和逻辑单元,以及优化的内存结构。
这使得DSP非常适合于处理需要高速运算和大量数据处理的应用,如音频和图像处理,无线通信,以及雷达和声纳信号处理等。
另一方面,FPGA的设计则基于其可编程性,允许设计师直接在硬件级别上实现复杂的数字逻辑。
FPGA内部包含大量的可编程逻辑块和可配置的内存,使得设计师可以根据需要自定义硬件功能。
这使得FPGA非常适合于需要高度定制化硬件的应用,如高性能计算,网络通信,以及复杂的控制系统等。
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术,该平台还具有一定的开放性和可
示意图与图2相似,只是核电压不同。
程序与数据存储器 F L A S H 采用 扩展性,可以很好地满足设计的完善、
由超大规模FPGA芯片和高速的DSP芯 Intel公司的E28F320,其存储容量为 功能的扩充及程序的更改。
片组成系统的核心,是为了发挥两者 32Mbit。由 DSP 的供电芯片TPS70348
图2 DSP芯片的供电示意图
表 1 FPGA 芯片与 DSP 芯片的比较
F P G A 芯片
编程方式
V H D L 、A H D L 语言及图形编程等,
实现容易
资源重复利用性
通过外部处理器动态配置
硬件资源结构
可实现并行的乘法器/加法器操作
处理速度
并行运算速度快,只受硬件结构限制
适合的信号处理运算 高速并行处理
的优势。FPGA 芯片与 DSP 芯片相比, 为其一起供电,TPS70348芯片的复位
系统的软件设计流程
由于其结构上的优势,FPGA芯片更适 信号 /RESET为 FLASH 和 DSP的共同复
本文设计的平台通过动态配置可
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式中:SNR为输出信号的信噪比; B 为比特分辨数,即A/D 的转换位数; 为采样速率;输入模拟信号的最高频
理技术已在通信、信息、电子、自动控
总体硬件框架
制、航天及军事等领域中得到广泛应
图1为本文要介绍
用。
的高速数字信号处理平
以现代通信理论为基础,以数字 台的硬件框图,主要包
信号处理为核心的软件无线电技术是 括五个功能块:高速A/
D S P 芯片 C、汇编语言编程等, 实现容易 改变 M E M O R Y 内容重复利用 M A C 单元的重复操作 受 MAC 单元操作速度的限制 串行顺序操作
超大规模 FPGA 芯片
合完成并行处理、重复性强、速度要求 位信号。
本文设计高速数字信号处理平台 高的数字信号处理运算;而DSP芯片更
高速 A/D 及 D/A 变换
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
FPGA+DSP 的结构来实现高速数字信号处理。该方案采用先进的FPGA
高速的数字信号处理需要A/D器
和 DSP芯片,借鉴了软件无线电的思想,通过DSP 芯片对 FPGA芯片的 件具有较高的采样速率和工作带宽,
动态配置来实现具有通用性、可扩充性的硬件平台,并对其硬件结构和 同时为适应复杂的电磁环境和特殊的
的 FPGA 芯片均采用ALTERA 公司 APEX 适合完成串行顺序处理。两者比较如
动态配置技术
系列。其中用于完成数字信号处理算 表 1所示。
由 DSP+FPGA 芯片及总线的结构
法的芯片为EP20K400E,由它完成DSP
组成高速数字信号处理平台,可以充
芯片前端高速、复杂的数字信号处理。
接口 FPGA 及 FLASH 模块
对信息的需求越来越大,对信息的处 来构造一个具有通用性、可扩充性、灵 下式:
理速度也越来越快。信号处理理论与 活的多功能高速数字信号处理平台。
技术的飞速发展直接导致 A/D、D/A、 FPGA及DSP等电子集成产品的高速发 展与更新,使许多复杂、高速的信号处 理运算的实现成为可能。数字信号处
该平台通过动态配置可以进行多模式 工作,能够应用在无线接收、卫星接收、 图象处理和信号分析等多个领域。
初始化,DSP 通过初始 程序对 FPGA 芯片进行 配置,系统开始进行数 据的收发,并送往计算 机或主控设备。当计算 机或主控设备需要更改 工作模式时,将变换工 作模式的命令送DSP 芯 片,DSP 芯片接收到该 命令后,通过预置在 FLASH 的程序对 FPGA 芯片进行重新配置,并 转换工作模式,系统重 新开始数据的收发。其 软件流程如图3所示。
计。动态配置技术为同一硬件平台上 实现不同的功能需求、不同的工作模 式提供了可能。
本文介绍一种高速数字信号处理
是系统的核心,用来完成高速数字信 号处理算法。下面就如图所示的各部 分作介绍。
率。本文介绍的高速数字信号处理平 台的 A/D转换器采用AD9235芯片,转 换位数为 12 比特,采样率最高可达 65MSPS;D/A转换器采用AD9765芯片,
结语 本文介绍一种高速数字信号处理 平台的实现方案,借鉴了软件无线电 技术,通过FPGA 和 DSP芯片来构造一 个具有通用、可扩充、灵活的多功能高
速数字信号处理平台。该平台可以在 软定义无线电结构、图象处理和信号 分析等多个领域进行应用。■
参考文献: 1.David B‘. Performance of an IF Sampling ADC in Receiver Applications. International IC -China-Conference Proceedings’,2001. 2.Cummings M, Haruyama.‘FPGA in the software radio’,‘IEEE Communications Magazine’, 1999,37(2) 3.杨小牛等.‘ 软件无线电原理与 应用’,北京,电子工业出版社,2001. 4. 徐以涛,沈良,王金龙.‘FPGA 技术在软件无线电中的应用’,电信科学, 2001,17(11). 5.张雄伟,曹铁勇‘. DSP芯片的原理 与开发应用’,北京,电子工业出版社,2000.
近几年通信与电子领域最引人注目的 D 及 D/A 变换、超大规
话题。软件无线电技术突破了以功能 模 FPGA 芯片、高速DSP
单一、可扩充性差的硬件为核心的设 芯片、程序与数据存储
计局限性,强调以开放性、扩充性和软 器、FPGA完成的接口模
件编程硬件为通用平台,利用系统可 块。其中超大规模FPGA 升级、可重复配置来实现多功能的设 芯片和高速的DSP芯片 图1 高速数字信号处理平台的硬件框图
分发挥软件的重要作用。该平台可以
ALTERA 公司的 EP20KE 系列芯片核电
接口 FPGA 芯片采用 EP20K100E, 通过 DSP的控制,发挥FPGA芯片的动
压为1.8V,采用的I/O电压为3.3V,也 由它完成高速数字信号处理平台与计 态配置技术,实现了硬件资源动态分
需要双电压供电。设计中采用的供电 算机或其它主控设备的连接。该芯片 配。在同一个硬件平台上,通过动态地
上接 89 流,把 VREF 与 VBIAS 之 间的差被除以 RG便可。注意:要使电 路正常工作,VBIAS 必须小于 VREF。 对于 10µA 的光电二极管电流,RG 为 20.0K½。PN200A PNP 晶体管的基极电 流受到一个 4.7K½ 的电阻器限制,将 电流限制设定约为 1mA。 该晶体管具有 约为 100 的电流放大系数, 所以晶体管 能提供的最大电流约为 100mA,这将 超过微型 SOT-23 封装的热耗散。为防 止晶体管中的热逸散,与 LED 或激光 二极管串连的电阻器将集电极电流限 制为二极管的最大工作值。如果需要 更多的电流,应该联合使用具有较大
图 2 原型控制电路 图 3 控制电路的具体实施方式
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集电极电流的晶体管和诸如 SOT-223 的 较大封装。为了限制电路的带宽从而 保持稳定,可使用一个与光电二极管 电容(大约为 15pF,VBIAS 为 1.2)并 联的 15pF 电容,使放大器在约 250KHz 处工作。
软件工作流程进行了阐述。
系统要求,器件还应具有较大的信噪
关键词: 软件无线电;动态配置;FPGA;DSP
比动态范围。这就要求A/D器件同时具
有高的采样速率和大的比特分辨数,
引言
平台的实现方案,该方案借鉴了软件 因为这两项性能指标直接影响输出信
随着科学技术的快速发展,人们 无线电的思想,通过FPGA 和 DSP芯片 号的信噪比动态范围,三者的关系如
芯片为TI公司的TPS70351芯片,该芯 的核电压为1.8V,采用的I/O电压为 调用不同的软件程序,来实现多功能、
片 5V输入,1.8V和 3.3V双电压输出, 3.3V,采用的供电芯片也为TI公司的 多模式工作。由于采用了动态配置技
专为 DSP和 FPGA等需求设计。供电的 TPS70351芯片。
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E m b e d d e d S y s t e m s 嵌入式系统
输入数据率可达125MSPS,转换位数为 12比特。
高速 DSP 芯片 本文设计的高速数字信号处理平 台中采用的DSP芯片为——TI公司的 T M S 3 2 0 C 6 2 0 3 B 芯片,由于 TMS320C6000系列芯片的开发环境比 较完善,特别是C语言的编译可以达到 很高效率,因此对缩短软件开发周期 很有利;同时 TMS320C6000 系列芯片 速度高,可以应付复杂的数字信号处 理技术。TMS320C6203B芯片的核电压 为1.5V,采用的I/O电压为3.3V,需要 双电压供电。设计中采用的供电芯片 为TI公司的TPS70348芯片,该芯片5V 输入,1.5V和 3.3V双电压输出,专为 DSP 和 FPGA等需求设计。供电的示意 图如图2所示。
E m b 嵌入式系统 e d d e d S y s t e m s
基于 DSP+FPGA 的高速数字信号处理平台
High-Speed Digital Signal Processing Platform Based on DSP and FPGA
总参第六十三研究所 陈勇 李桂伦
摘 要: 本文介绍了一种高速数字信号处理平台的实现方案,主要是基于
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