FPGA和DSP处理器具有截然不同的架构。在一种器件上非常有效的算法,在另一种器件上却可能效率非常低。如果目标应用要求大量的并行处理或最大的多通道流量,那么单纯基于DSP处理器的硬件系统就可能需要更大的面积、成本或功耗。一个FPGA协处理器仅在一个器件上就能提供多达550个并行乘法和累加运算,从而以较少的器件和较低的功耗为许多应用提供同样的性能。尽管FPGA在处理大量并行数据方面出类拔萃,但对于定期系数更新、决策控制任务或高速串行数学运算这类任务来说,它们的优化程度比不上DSP处理器。因此,FPGA和DSP处理器的结合为广泛的应用提供了制胜的解决方案。
FPGA和DSP各有特点,在实际系统中经常分工不同的角色。随着大规模可编程器件的发展,采用DSP+FPGA结构的信号处理系统显示出了其优越性,正逐步得到重视。FPGA是在专用ASIC的基础上发展起来的,它克服了专用ASIC不够灵活的缺点,与其他中小规模集成威廉希尔官方网站
相比。其优点主要在于它有很强的灵活性,即其内部的具体逻辑功能可以根据需要配置,对威廉希尔官方网站
的修改和维护很方便,而且在大批量应用时,可降低成本。DSP+FPGA结构最大的特点是结构灵活,有较强的通用性,适于模块化设计,从而能够提高算法效率;同时其开发周期较短,系统易于维护和扩展,适合于实时信号处理。
现在,数字信号处理器(DSP)正越来越多地应用到各种场合,大多数情况下,模拟信号通过A/D转换后,转成高速的数字信号发送给FPGA,经过缓冲FPGA向DSP传送数据,在DSP中进行核心算法的处理后,再把信号发回给FPGA,通过FPGA把发回的信号进行逻辑组合后通过D/A转换成模拟信号输出。可见,FPGA和DSP的通信是数据传输的关键。
1 DSP与FPGA相关原理和外设
本实验所用的是TMS320C6713系列DSP芯片和ALTERA Cyclone II系列FPGA芯片。FPGA通过DSP的EMIF接口,在DSP的EDMA控制下与DSP进行数据传输。因此,DSP与FPGA的相关原理和DSP的EMIF接口的结构和各端口的功能需要简单的了解。
EMIF是外部存储器和TMS320C6713片内单元间的接口。CPU访问片外存储器时必须通过EMIF,EMIF接口由一组存储器映射的寄存器进行控制与维护,包括配置各个空间的存储器类型和设置读写时序等。
扩展的直接存储器访问控制器(EDMA)主要负责片内的存储器与其他外设之间的数据传输。EDMA进行数据传输时,有2种启动方式:一种是由CPU启动,另一种是由同步事件触发。每一个EDMA通道的启动是相互独立的。
FPGA分为两种:基于查找表的FPGA和基于乘积项的FPGA。查找表(Look Up Table,LUT)本质上就是一个RAM。当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑威廉希尔官方网站
以后,FPGA开发软件会自动计算逻辑威廉希尔官方网站
的所有可能的结果,并把结果事先写入RAM。这样,每输入一个信号进行逻辑运算就等于输入一个地址进行查表,找出地址对应的内容,然后输出即可。基于乘积项的FPGA可分为3块:宏单元(Macrocell)、可编程连线(PIA)和I/O控制块。宏单元是器件的基本结构,由它来实现基本的逻辑功能;可编程连线负责信号传递,连接所有的宏单元;I/O控制块负责输入输出的电气特性控制,比如可以设定集电极开路输出,摆率控制,三态输出等。
FPGA和DSP处理器具有截然不同的架构。在一种器件上非常有效的算法,在另一种器件上却可能效率非常低。如果目标应用要求大量的并行处理或最大的多通道流量,那么单纯基于DSP处理器的硬件系统就可能需要更大的面积、成本或功耗。一个FPGA协处理器仅在一个器件上就能提供多达550个并行乘法和累加运算,从而以较少的器件和较低的功耗为许多应用提供同样的性能。尽管FPGA在处理大量并行数据方面出类拔萃,但对于定期系数更新、决策控制任务或高速串行数学运算这类任务来说,它们的优化程度比不上DSP处理器。因此,FPGA和DSP处理器的结合为广泛的应用提供了制胜的解决方案。
FPGA和DSP各有特点,在实际系统中经常分工不同的角色。随着大规模可编程器件的发展,采用DSP+FPGA结构的信号处理系统显示出了其优越性,正逐步得到重视。FPGA是在专用ASIC的基础上发展起来的,它克服了专用ASIC不够灵活的缺点,与其他中小规模集成威廉希尔官方网站
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1 DSP与FPGA相关原理和外设
本实验所用的是TMS320C6713系列DSP芯片和ALTERA Cyclone II系列FPGA芯片。FPGA通过DSP的EMIF接口,在DSP的EDMA控制下与DSP进行数据传输。因此,DSP与FPGA的相关原理和DSP的EMIF接口的结构和各端口的功能需要简单的了解。
EMIF是外部存储器和TMS320C6713片内单元间的接口。CPU访问片外存储器时必须通过EMIF,EMIF接口由一组存储器映射的寄存器进行控制与维护,包括配置各个空间的存储器类型和设置读写时序等。
扩展的直接存储器访问控制器(EDMA)主要负责片内的存储器与其他外设之间的数据传输。EDMA进行数据传输时,有2种启动方式:一种是由CPU启动,另一种是由同步事件触发。每一个EDMA通道的启动是相互独立的。
FPGA分为两种:基于查找表的FPGA和基于乘积项的FPGA。查找表(Look Up Table,LUT)本质上就是一个RAM。当用户通过原理图或HDL语言描述了一个逻辑威廉希尔官方网站
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