基于EDA技术现代DSP技术

7、引脚锁定
8、下载/配置
9、嵌入式逻辑分析仪实时测试（只能显示数字波形） 10、除去嵌入式逻辑分析仪后下载测试
11、对配置器件编程
12、设计完成
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现代DSP技术-Signal Compiler(2)
Signal Compiler ◆设计转换 ◆综合 （后台调用） ◆编译/布局布线 （后台调用）
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基于FPGA的硬件DSP系统等设计流程
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A.自动设计流程
1、MATLAB/Simulink建模 3、DSP Builder完成VHDL转换、综合、适配、下载
DSP设计技术演进(3)
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■数字信号处理器（DSP）
如TI公司的TMS320系列。 适用于语音处理、窄带通信、低速图像处理。
优点：速度快、软件实现、灵活性高、便于实现复杂算法 缺点：实时性差（但在多数情况下满足要求。也推出了高
性能的DSP，如TI的C6x系列）
DSP设计技术演进(4)
手工设计方法的缺点是：
1)复杂电路的设计、调试十分困难。 2)如果某一过程存在错误，查找和修 改十分不便。 3)设计过程中产生大量文档，不易管 理。 4)对于集成电路设计而言，设计实现 过程与具体生产工艺直接相关，因此可 移植性差。 5)只有在设计出样机或生产出芯片后 才能进行实测。
EDA技术有很大不同： 1)采用硬件描述语言作为设计输入。 2)库(Library)的引入。 3)设计文档的管理。 4)强大的系统建模、电路仿真功能。 5)具有自主知识产权。 6)开发技术的标准化、规范化以及IP核的可利用 性。 7)适用于高效率大规模系统设计的自顶向下设计 方案。 8)全方位地利用计算机自动设计、仿真和测试技 术。 9)对设计者的硬件知识和硬件经验要求低。 10)高速性能好。 11)纯硬件系统的高可靠性。
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■超大规模可编程硬件实现（FPGA）
如Altera公司的APEX、APEX II、Stratix系列等，开 发工具包为DSP Builder。 适用于宽带通信、高速图像处理。
优点：速度最快、可编程逻辑实现、灵活性高、实时性强 缺点：同DSP软件相比，实现相同算法需要更高成本。
但在高速、实时性要求的应用中，如软件无线电的 数字中频处理中，已成为必不可少、非此莫属了！
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现代DSP技术应用方向
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应用MATLAB/DSP Builder/QuartusII和FPGA器件 可完成以下4方面的设计
1、普通硬件系统开发。
如：工业智能控制系统、电子信息模块等，网络高速加密/解密ASIC
PS2键盘接口
Ethernet接口
PS2鼠标接口
并行接口
LED接口
LCD接口
A/D接口
D/A接口
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固体硬盘
Flash ROM
内存
SRAM
内存
SDRAM
VGA接口
PS/2键盘/ 鼠标接口
32点正弦波1（/8 F未SKK输滤X康出波芯波科）形技
EDA与传统电子设计方法的比较
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在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强 大的EDA软件不断推出。
电子技术全方位纳入EDA领域；
EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为 包容；
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更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推出； 基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模 电子系统及IP核模块； 软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设 计应用领域得到进一步确认；
EDA技术
ASIC设计
SOPC/SOC
FPGA/CPLD 混合
可编程ASIC ASIC
设计
设计
门阵列 （MPGA）； 标准单元 （CBIC）；
全定制； （FCIC）；
ASIC设计
SOPC系统设计
基于EDA技术的 FPGA基本设计
+
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DSP技术及DSP系 统设计
+
+ 单片机系统设计
嵌入式系统设计
嵌入式技术与应用
—— 基于EDA技术的嵌入式系统设计
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SOC： SYSTEM ON A CHIP SOPC： SYSTEM ON A PROGAMMABLE CHIP
EDA技术及其发展
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EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现 在以下几个方面：
使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达 和确认成为可能；
通过Signal Compiler，DSP Builder将MATLAB/Simulink系统仿真、 VHDL综合器、Quartus II工具紧密结合在一起，大大简化了DSP的设计与 实现流程，具有划时代的意义。
DSP设计新工具-DSP Builder(2)
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DSP Builder提供了从MATLAB/Simulink、VHDL综合、VHDL仿真、 FPGA实现的统一的库支持。使仿真验证与设计最大程度的简化。
Simulink
系统建模、 仿真
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现代DSP设计技术-Matlab/Simulink(2) 系统仿真结果
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现代DSP设计技术-Signal Compiler(1)
Signal Compiler ◆设计转换 ◆综合 ◆编译/布局布线
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转换为VHDL VHDL综合 Quartus II编译
SOPC
通用I/O口 立体声输 出接口 图象或语音 采样接口 RS232接口电路
应用系统
大规模FPGAUຫໍສະໝຸດ B控制器UART FIFO
嵌入式ROM
嵌入式Bios
嵌入式RAM
RS232 CAN控制器
DMA
Nios嵌入式 系统IP软核
浮点算术协处理器
嵌入式FIFO
SDRAM控 制模块
VGA控制器 PIC接口 内部时钟 硬件DSP模块
下
进行功能仿真
的
设
计
将硬件描述语言转换成标准网表 文件，如EDIF、VHDL、Verilog等
流
程
通过结构综合或适配（芯片内的布线 布局），将标准网表文件转换成芯片 下载文件。进行时序仿真
硬件系统实现。硬件系统测试与调试 HARDWEAR DEBUGERRING
系统设计完成，或系统中 的某一模块实际完成
2、系统仿真
4、嵌入式逻辑分析仪实时测试（可显示 模拟波形）
B.手动设计流程
1、MATLAB/Simulink建模
2、系统仿真
3、DSP Builder完成VHDL转换、综合、适配 5、QuartusII直接完成适配（进行优化设置）
4、Modelsim对TestBench功能仿真 6、QuartusII完成时序仿真
2、数字通信领域中绝大多数硬件电路开发。
如：数字信号各类调制器、数字调制解调器、各类信号编解码器等
3、超高速DSP模块开发。
如：FIR、IIR、CIC等数字滤波器、FFT、图象或语音处理模块等
4、基于Nios嵌入式CPU系统的硬件加速器开发。
如：长数据位的硬件加法器，乘法器、协处理器、DSP模块、接口模块等
现代DSP设计技术-DSP Builder设计流程
系统设计、系统仿真 Matlab/Simulink
将设计转换为HDL Signal Compiler
HDL逻辑综合 Synplify/Leonardo Spectrum
FPGA实现 Quartus II
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现代DSP设计技术-Matlab/Simulink(1)
DE2板
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DSP Builder支持完全基于IP Core的设计。除了数字信号处理所需要的绝 大多数的Core之外，还支持Altera公司的其它MegaCore，使设计更为容易。
支持的MegaCore如下：
◇ FFT Compiler ◇ FIR Compiler ◇ IIR Compiler ◇ NCO Compiler ◇ Reed-Solomon Compiler ◇ Symbol Interleaver/Deinterleaver ◇ Viterbi Compiler
硬件系统测试与调试
自
底
向
软件设计与调试。
上
SOFTWEAR DEBUGERRING
的
设
计
根据方案和系统指标选购硬件，并设
流
计电路板，即硬件系统实际
程
软件设计与调试。 SOFTWEAR DEBUGERRING
方案论证，与算法确定
系统设计完成
EDA技术实现目标
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作为EDA技术最终实现目标的ASIC，通过三种途径来完成：
DSP设计新工具-DSP Builder(1)
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Altera公司DSP Builder，支持Altera公司超大规模FPGA，整合了整个DSP 设计与实现的流程。主要包含： 1、MATLAB/Simulink仿具库支持、 2、Simulink模型到VHDL的设计转换支持、设计的VHDL综合、 3、ModelSim VHDL仿真库支持、 4、FPGA的后端布局布线。
SoC高效低成本设计技术的成熟。
EDA设计流程与传统技术设计流程比较
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现代电子系统设计流程
传统电子系统设计流程
方案论证与系统级构建
独立于硬件的系统行为评估和设计
。系统仿真：包括系统级的硬件设
计与仿真，软件设计与仿真
自
顶
向
将硬件系统设计文件转换成可综合 （RTL）硬件描述语言（HDL）。
DSP设计技术演进(1) 专用数字信号处理机 数字信号处理器DSP
超大规模可编程硬件实现
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DSP设计技术演进(2)
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■专用数字信号处理机（早期）
如FFT机，只适用于某一特定的信号处理应用。
优点：速度快、实时性强 缺点：系统规模小、通用性差、电路不灵活
无法面向用户，按照用户的要求改变设 计结构，和功能特性