第7章 基于FPGA的DSP开发要点

7.4.1 FIR滤波器的原理
FIR滤波器在数字通信系统中被大量使用，以实现各种各样的功能， 如低通滤波、带通滤波、抗混叠、抽样和内插等。FIR滤波器的冲 激响应总是有限长的，其系统函数可以记为
H (Z )
h ( n) z
n 0
N 1
n
7.4.2 建立系统设计模型
与上一节类似，先建立工作库myfir，启动Matlab环境，把Matlab 当前的工作目录切换到工作库文件夹myfir下。打开新模型窗口中， 创建新模型文件myfir.mdl。接下来的步骤如下：
7.4.3 建立子系统的模型
双击上面multadd14模块，打开子系统界面，如图7.37所示。
7.4.4 在 Simulink和Modelsim中仿真
完成模型设计之后，可以先在 Simulink 中对模型进行仿真，检验 设计结果是否正确，仿真步骤如下。
7.5 Megacore Function函数的使用
7.2 DSP Builder功能简介与设计流程
DSP Builder是Altera公司在2002年推出的面向DSP的开发工具。它 将MATLAB的Simulink 和 Quartus II 开发软件连接起来。设计人 员首先在Matlab软件中进行算法设计，然后在Simulink软件中进行 系统集成，最后将设计转换为硬件描述语言（HDL）文件，利用 Quartus II软件中进行综合、编译仿真和硬件测试。
7.3.4 在Simulink环境中仿真
Simulink仿真只是理论上的仿真，和实际电路无关。为了完成设计 还需要转换成VHDL语言，在FPGA开发软件上做进一步仿真。
7.3.5 在Modelsim环境中进行功能仿真
上一节在Simulink中进行的仿真是属于系统验证性质的仿真，仅仅 是对模型文件进行的算法级仿真，并没有对生成的VHDL代码进行 过仿真。事实上，生成的VHDL程序是RTL级的，具有针对具体的 硬件结构的特点。转换后的VHDL代码实现可能与mdl模型描述的 情况不尽相符，针对生成的RTL级的VHDL代码进行功能仿真才是 准确的。
7.5.2 使用Megacore函数的设计流程
在MATLAB/Simulink环境中，使用Megacore函数进行仿真的步骤 如下： （1）把Megacore函数模块添加到设计模型中，给该模块取名字， 确保名字的唯一性。 （2）对Megacore函数进行参数设置。 （3）生成新的Megacore函数。 （4）把新的Megacore函数和模型中的其他模块相连接。 （5）在设计模型中对该新的Megacore函数进行仿真。
7.2.1 DSP Builder功能简介
DSP Builder开发平台具有一个友好的开发环境。它可以帮助设计 人员创建一个DSP设计的硬件模型，以此来缩短DSP开发的周期。 DSP Builder开发平台将Matlab的Simulink模块与Altera的DSP Builder模块和Altera的MegaCore功能模块组合在一起，从而使系统 级的设计和DSP算法的实现连接在一起。
Fra Baidu bibliotek
7.3.1 在Matlab/Simulink中建立算法模型
根据调幅电路的工作原理，建立设计框图，如图7.2所示。
7.3.2 准备工作
在使用DSP Builder技术做设计之前，需要做一些准备工作。具体 步骤如下：
7.3.3 在新模型窗口中添加单元模块
接着就需要根据设计原理图在新模型窗口中添加单元模块，对模 块进行参数设置以符合需要。设计中的绝大部分模块都能在库中 找到，一些特定模块可以自己设计。下面是本例中添加单元模块 的步骤：
为了简化设计和缩短测试时间，Altera提供了许多可设置参数的IP Megacore 函数。允许用户在获取特许文件之前，在硬件和仿真时， 下载和评估Altera Megacore函数。
7.5.1 安装Megacore函数
Altera DSP Builder函数和QuartusⅡ软件一起安装。在安装新的Megacore 函数后，需要运行DSP Builder设置命令。以确定所有新安装的或升级的 Megacore函数在DSP Builder库中。遵循如下步骤： （1）启动Matlab Simulink软件。 （2）在Matlab命令窗的提示符下使用cd命令，进入安装DSP Builder的目 录下。 （3）在Matlab命令窗的提示符下，键入alt_dspbuilder_setup_megacore， 再回车。
7.3.6 在QuartusⅡ环境中进行时序仿真
上面Modelsim完成的只是功能性仿真，要想更精确地反映设计的 硬件特性，还是要在QuartusⅡ环境中进行时序仿真。具体步骤如 下：
7.4 基于DSP Builder的层次化设计—— FIR滤波器
在设计复杂系统时，常常把复杂系统分解成若干子系统，以便于 设计和调试。DSP Builder技术支持这种层次化设计，可以把设计 好模型作为子系统和其他模型集成到一起，组成复杂系统。本节 以一个FIR（Finite Impulse Response：有限冲激响应）滤波器设计 为例，详细介绍层次化设计的方法。
第7章 基于FPGA的DSP开发设计
在基于FPGA的DSP开发中，Altera提出了基于FPGA的DSP开发平 台。这样设计效率大为提高。由Altera与其合作伙伴AMPP（Altera Megafunction Partner Program）提供了针对DSP设计的各种用于硬 件加速的IP核。每一个核都可以进行参数设置，以构成针对特定 应用的硬件功能模块。
7．执行RTL仿真
7.6 小结
在本章中，主要向用户讲解了关于基于FPGA的DSP开发步骤及其 方法。其中，主要介绍了DSP Builder的功能与设计流程、滤波器 原理和Megacore Function函数的使用方法等。通过本章的学习，用 户能够更好地使用DSP Builder进行开发与设计。
7.1 概述
在过去很长一段时间，DSP处理器是DSP应用系统核心器件的惟一 选择。但DSP处理器由于自身硬件结构的特点，不适合于要求能进 行结构特性随时变更的应用场合，在灵活处理各种算法时存在不 足之处。主要表现在： 其硬件结构的不可变性导致了其总线的不可改变性。而固定的数 据总线宽度，已成为DSP处理器一个难以突破的瓶颈。 DSP处理器大量运算顺序指令，需要耗费较多的时钟周期，使算法 的处理达不到实时性要求。 在硬件加速方面，DSP无法根据特定的设计需要来作任何更改，特 别是面向当今不断发生的各种技术标准和协议的变更。 使用固定的数字信号处理器，需要较多的外设，不利于集成度的 提高。
7.5.3 使用Megacore函数设计FIR滤波器
在本节，使用Megacore函数库中的fir compiler函数模块来设计一个 低通FIR滤波器，以此为例，介绍Megacore函数的使用方法。 1．创建新的Simulink设计模型 2．把FIR Compiler函数添加到你的模型中 3．对Fir Compiler函数进行参数设置 4．添加其它模块，构成系统模型 5．在Simulink上仿真 6．对设计进行编译
7.2.2 DSP Builder设计流程
7.3 基于DSP Builder技术的设计示例—— 调幅电路
DSP Builder技术和Matlab/Simulink技术相结合，可以用图形化模式 方便、清晰地建立DSP处理系统的模型，并在Matlab环境中进行算 法及仿真。本节以调幅电路的设计为例，介绍这种设计方法。
DSP Builder设计首先在 Simulink中建立设计模型。设计模型建立 之后，DSP Builder将设计转换为Verilog HDL或VHDL硬件描述语 言。随后，DSP Builder调用Quartus II的相关功能完成综合、布局 布线等工作，还可使用SignalTap II在DSP Builder中在线调试。利 用DSP Builder完成DSP 应用设计的设计流程，如图7.1所示。