Programación DSP FPGA

Con el desarrollo de procesadores de señales digitales (DSP) y conjuntos de puertas programables en campo (FPGA), los sistemas de hardware digital que utilizan DSP+FPGA han demostrado su superioridad y han recibido cada vez más atención. La ventaja del DSP de uso general es que se puede aplicar a una amplia gama de productos mediante programación. Los DSP producidos por los principales fabricantes pueden cumplir con los requisitos de estructuras de control de algoritmos complejos, velocidad de computación rápida, métodos de direccionamiento flexibles y un sólido rendimiento de comunicación. Pero el DSP tradicional utiliza la estructura de von Neumann o algún tipo de extensión. Esta estructura es de naturaleza serial, por lo que la cantidad de datos que deben procesarse es grande y requiere una alta velocidad de procesamiento. Sin embargo, no tiene ventajas obvias para algoritmos de procesamiento de señales de bajo nivel con estructuras operativas relativamente simples y es adecuado para la implementación de hardware FPGA. De esta manera, un sistema de hardware digital que utiliza DSP+FPGA puede combinar las ventajas de ambos, teniendo en cuenta la velocidad y la flexibilidad, al tiempo que cumple con los requisitos de procesamiento de señales de nivel inferior y procesamiento de señales de alto nivel.

Características y composición del sistema DSP+FPGA

La mayor ventaja del sistema DSP+FPGA es su estructura flexible, su gran versatilidad y su idoneidad para el diseño modular, lo que mejora la eficiencia del algoritmo; Al mismo tiempo, su ciclo de desarrollo es corto, el sistema es fácil de mantener y expandir y es adecuado para el procesamiento de señales en tiempo real.

El núcleo del sistema DSP+FPGA está formado por un chip DSP y un dispositivo FPGA reconfigurable. Además, también incluye algunos circuitos auxiliares periféricos, como memoria, dispositivos primero en entrar, primero en salir (FIFO), FLASH ROM, etc. El circuito FPGA está conectado al DSP y utiliza las potentes funciones de E/S del procesador DSP para lograr la comunicación dentro del sistema. Desde una perspectiva DSP, FPGA es equivalente a su coprocesador de macrofunciones. Los circuitos periféricos ayudan al circuito central en su funcionamiento. Tanto DSP como FPGA tienen su propia RAM para almacenar datos y resultados intermedios necesarios para el procesamiento. FLASH ROM almacena programas de ejecución de DSP y datos de configuración de FPGA. Los dispositivos FIFO se utilizan para implementar algunas operaciones comunes en el procesamiento de señales, como líneas de retardo y almacenamiento secuencial.

Circuitos periféricos y líneas de conexión de DSP y FPGA

Los circuitos periféricos de DSP son principalmente FLASH, ROM y SRAM, que deben conectarse a líneas de dirección, líneas de datos y líneas de control. Las líneas que necesita conectarse incluyen principalmente selección de modo DSP, selección de modo de reloj, selección de reloj generada por un reloj externo u oscilador local, interfaz JTAG y fuente de alimentación. Los circuitos periféricos FPGA se utilizan principalmente para configurar PROM, FLASH ROM, conversión de analógico a digital y dispositivos FIFO. Las líneas que necesita conectarse incluyen principalmente selección de modo FPGA, reloj global, reloj externo o reloj generado por un oscilador de cristal local, interfaz JTAG, interfaz de E/S, puerto de prueba y fuente de alimentación.

El sistema de procesamiento de señal con estructura DSP+ASIC muestra su superioridad y está recibiendo cada vez más atención. En comparación con los circuitos integrados de uso general, los chips ASIC tienen las ventajas de tamaño pequeño, peso ligero, bajo consumo de energía y alta confiabilidad, lo que puede reducir los costos cuando se usan en grandes cantidades.

Los conjuntos de puertas programables en campo se desarrollan sobre la base de ASIC dedicados y superan las deficiencias de los ASIC dedicados que no son lo suficientemente flexibles. Comparado con otros circuitos integrados pequeños y medianos, su principal ventaja es su alta flexibilidad, es decir, sus funciones lógicas internas específicas se pueden configurar según sea necesario, lo que facilita la modificación y el mantenimiento del circuito. En la actualidad, la capacidad de FPGA ha superado el millón de puertas, lo que convierte a FPGA en una de las opciones importantes para resolver el diseño a nivel de sistema.

La característica más importante de la estructura DSP+FPGA es su estructura flexible, su gran versatilidad y su idoneidad para el diseño modular, lo que mejora así la eficiencia del algoritmo. Al mismo tiempo, su ciclo de desarrollo es corto, el sistema es fácil de mantener y ampliar y es adecuado para el procesamiento de señales en tiempo real.

En los sistemas de procesamiento de señales en tiempo real, los algoritmos de preprocesamiento de señales de bajo nivel procesan grandes cantidades de datos y requieren altas velocidades de procesamiento. Sin embargo, la estructura operativa es relativamente simple y es adecuada para la implementación de hardware utilizando FPGA. puede tener en cuenta tanto la velocidad como la flexibilidad. La característica de los algoritmos de procesamiento de alto nivel es que la cantidad de datos es menor que la de los algoritmos de bajo nivel, pero la estructura de control del algoritmo es compleja y es adecuada para implementarse con chips DSP con alta velocidad de computación y métodos de direccionamiento flexibles. y poderosos mecanismos de comunicación.