基于FPGAs的DSP性能分析

FPGA在高性能數字信號處理領域越來越受關注，如無線基站。在這些應用中， FPGAs通常被用來和DSP處理器并行工作。有更多的選擇當然是好的，但這也意味著系統設計師需要一個確切的FPGAs及高端DSP信號處理器性能參數圖。不幸的是，常用的參數圖在這種情況下都是不可靠的。

　　例如，由于數字信號處理應用程序主要依賴于乘法累加器( MAC )操作， DSP處理器供應商和FPGA供應商通常將MACs每秒最高運轉速度作為數字信號處理器性能好壞最簡單的評判方式。但僅僅通過MAC吞吐量來預測數字信號處理性能是有失公平的，對FPGA和DSP也一樣。這里有幾個原因。

　　MAC計算出來的FPGA性能指數總是假設硬連線的數字信號處理部件是在其最高時鐘速率運行的。在實踐中，典型的FPGA設計將采用較低的速度。另一方面，使用硬連線原理并不是在FPGA上執行實現MAC的唯一方法;另外MAC吞吐量可以通過使用可編程邏輯資源和分布式算法來實現。此外，并不是所有的信號處理算法都采用MAC密集型。例如，Viterbi譯碼，是電信應用中的一個關鍵的DSP算法，并沒有用到MAC系統。

　　另一種用來評估信號處理性能的辦法，是使用普通的DSP功能(如FIR濾波器) 。但是，這種辦法也有缺點。其中一個問題是，每個供應商通常使用不同的執行方式來執行這些功能，也許是使用不同的數據寬度、不同的算法或不同的執行參數(如延遲)。這意味著，從不同的供應商得出的結論一般都沒有可比性。此外，小的內核功能通常不能作為有效的FPGA基準，因為在完整的FPGA應用中執行一個功能的方法往往是完全不同于你單獨執行的功能。 (相對于處理器，這些小基準通常在預測總體的DSP應用程序性能時表現不錯。 )此外，經過處理器或FPGA供應商執行的基準往往缺乏獨立的核查，因此工程師很難對幾種設備作出比較。

　　幾年前BDTI公司就意識到建立獨立性是日益迫切需要的，確切來說，面向數字信號處理應用采用蘋果對蘋果的方式來比較FPGA和處理器。 (見側欄：什么是BDTI ?)為了滿足這一需要， BDTI開發出一種新的面向應用的基準， BDTI通訊基準( OFDM )? ，這是基于正交頻分復用( OFDM )接收器。

　　最近BDTI用BDTI通訊基準( OFDM )來評估一些新的高性能FPGAs和DSP處理器。整套的標準測試結果和分析，現刊載于BDTI的報告“DSP的FPGAs實現：第二版”。圖1顯示樣品歸一化，賽靈思SX25和典型的高性能DSP處理器的低成本結果。

　　正如該圖所示， BDTI公司的標準測試結果提供了一個戲劇性的證明，在高性能DSP應用中使用FPGAs有潛在的成本優勢——基于這一基準，SX25比一般的高性能DSP處理器更符合成本效益，而且不止一個數量級。

　　設計人員還需要了解所選擇的處理引擎，將如何影響它們的發展流程、實施工作和系統設計。出于這個原因， BDTI的報告探討了質的因素，該因素影響決定是否使用一個FPGA ，數字信號處理，或兩者兼施，并提供指導如何作出明智的選擇。該報告強調的關鍵開放性問題，這將影響FPGA在高端的DSP應用的長期成功，如FPGA的能量效率和FPGAs的新高層次合成工具的效率。