在Matlab中實現數字通信FPGA硬件設計

　　近年來,在數字通信、網絡、視頻和圖像處理領域,FPGA已經成為高性能數字信號處理系統的關鍵元件.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處理專用電路.FPGA具有實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收發器等.

　　但是,FPGA在數字信號處理領域的廣泛應用受限于幾個因素.首先,DSP開發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語言或匯編語言編程,通常不會使用硬件描述語言(VHDL或Verilog)實現數字設計.其次,雖然VHDL語言也提供了許多高層次的語言抽象,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公司開發了基于Matlab的System Generator for DSP工具.System Generator for DSP是Simulink中一個基于FPGA的信號處理建模和設計工具.該工具可以將一個DSP系統表示為一個高度抽象的模塊,并自動將系統映射為一個基于FPGA的硬件方案.重要的是,該System Generator for DSP實現這些功能并沒有降低硬件性能.

　　1 System Generator for DSP的特點

　　Simulink為DSP系統提供了強有力的高層次建模環境,可大量應用于算法開發和驗證.System Generator for DSP作為Simulink的一個工具箱很好地體現了這些特性,同時又可以自動將設計轉換為可綜合的高效硬件實現方案.該硬件實現方案忠實于原始設計,因此設計模型與硬件實現在采樣點(在Simulink中定義)是一一對應的.通過使用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模塊是經過功能抽象的,但是對于熟悉FPGA的設計者來說,該模塊也具有直接訪問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中的專用高速乘法器元件,用戶定義的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實現系統設計的主要特點有:

　　●在Simulink中實現FPGA電路的系統級建模,并自動生成硬件描述語言.

　　●自動生成Modelsim測試程序,支持軟硬件仿真.

　　●支持用戶創建的Simulink模塊.

　　●使用Xilinx FPGA自動實現硬件系統.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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