基于fpga的数字信号处理算法设计

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1、基于FPGA的数字信号处理算法设计摘要：本文研究了基于FPGA的快速傅立叶变换、数字滤波、相关运算等数字信号处理算法的高效实现。现代数字信号处理对实时性提出了很高的要求，当最快的数字信号处理器(DSP)仍无法达到速度要求时，唯一的选择是增加处理器的数目，或采用客户定制的门阵列产品。随着可编程逻辑器件技术的发展，具有强大并行处理能力的现场可编程门阵列(FPGA)在成本、性能、体积等方面都显示出了优势。设计了级联和并行递归两种结构的FFT处理器。分析了具有相同结构的数字滤波和相关运算的特点，采用了有乘法器和无乘法器两

2、种结构实现乘累加(MAC)运算。实验表明，本文所有算法均达到了设计要求。关键词：DSP；FPGA；数字滤波；FFT处理器Abstract：Thispaperintroducedsignalprocessingalgorithm,suchasfastFouriertransform,digitalfiltering,andcorrelationalgorithmhadresearchedandefficientlyrealized.Moderndigitalsignalprocessing(DSP)putforwa

3、rdtherequirementofhighreal-timeperformance,whenthefastestdigitalsignalprocessor(DSP)stillcannotmeettherequirementsofspeed,theonlyoptionistoincreasethenumberofprocessors,oruseofcustomgatearray(FPGA)products.Withthedevelopmentoftheprogrammablelogicdevicestechno

4、logy,withastrongparallelprocessingabilityoffieldprogrammablegatearray(FPGA)intermsofcost,performance,volumeshowstheadvantage.ParallelrecursivedesignlevelandthestructureofthetwokindsofFFTprocessor.Analyzedthedigitalfilterwiththesamestructureandrelatedcalculati

5、on,thecharacteristicsofthetwokindsofstructurewithandwithoutmultipliermultipliermultiplyaccumulation(MAC).Experimentsshowthatthealgorithmsareallmeetthedesignrequirements.Keywords：DSP;FPGA;digitalfiltering;FFTprocessor1、引言FPGA(FieldProgrammableGateArray)即现场可编程门

6、阵列和DSP(DigitalSignalProcessor)数字信号处理芯片发展至今已经有了二十多年的历史，但和DSP很早就确立数字信号处理领域的霸主地位相比，FPGA由于成本、功耗和性能限制，一直被使用在系统外围，从最初用于胶合逻辑，到控制逻辑，再到用于数据通路，慢慢地接近系统的核心。在数据通讯和图像处理这样的应用中，由于成本、系统功耗和上市时间等原因已无法简单地利用DSP处理器来实现，基于FPGA的信号处理器己广泛应用于各种信号处理领域。与DSP相比，FPGA实现数字信号处理的主要优越性有：首先，FPGA的高

7、度并行处理能力。FPGA相对DSP芯片的最大优势是其内在的并行机制，即利用并行架构实现数字信号处理的功能。这一并行机制使得FPGA特别适合于完成滤波这样重复性的DSP任务。对于高度并行的数字信号处理任务来说，FPGA性能远超通用DSP处理器的串行执行架构。其次，FPGA具有重配置能力。DSP处理器可以通过加载不同的软件来实现不同的功能，但这相对于ASIC系统十分灵活的功能并没有实用价值。因为仅仅通过对DSP处理器加载不同的程序代码，并不能有效地改变DSP系统的诸如吞吐量、数据总线宽度、DSP加速模块的数量与功能。

8、这是因为这一切必须靠改变硬件结构、硬件功能才能实现。最后，在高速、高性能要求的应用场合，使用FPGA方案的系统成本、功耗、集成度比使用DSP方案更优越。由于CPU的灵活性，对于低速、低吞吐量和大量复杂运算的情况，DSP处理器方案的系统成本要比FPGA系统低很多，而且此方案具有不可替代性。然而在高端应用领域,大多数的情况中不但需要尽可能高速、高性能的DSP处理器，而且多片D