Xlinx FPGA的DSP设计工具和设计流程.doc

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1、XlinxFPGA的DSP设计工具和设计流程　　因为手上有一块Xilinx的Spartan--3E开发板，前些日子陆陆续续学习了ISE的一般工程开发，熟悉了XilinxISE10.x的软件操作和开发板的使用。近来没有事情，于是乎，又把那开发板拿出来把弄把弄，开始学习Xilinx的FPGA的DSP开发设计。在这里先介绍一下XlinxFPGA的DSP设计工具和设计流程。　　近年来，随着多媒体技术和无线通信技术的迅猛发展，信息技术领域对DSP应用的需求不断增长，传统的DSP处理器（现在用得最多的当属IT的DSP，种类多，功能强大，软件技

2、术也很成熟）虽然时钟速率很高，当DSP处理器在运行时按指令顺序执行，因而资源利用率不高，数据的吞吐量较低，难以实现高速率，高复杂度的设计。而FPGA拥有大量可编程逻辑资源，比如专用的DSP块，乘法器、双端口RAM、LUT、寄存器和DCM等，同时配合嵌入式处理器，像Altera的NiosII核、Xilinx的MicroBlaze和PowerPC405等处理器软核或硬核，可以轻松实现高数据率的数字信号处理设计，而且性能原声与传统的DSP处理器，具有可裁剪，灵活性大等特点，正越来越被人们所重视。　　使用FPGA进行DSP算法设计时，传统

3、方式下，设计者首先要进行浮点数的算法验证和仿真，然后再将其转换为定点数程序；其次将定点数算法编写成HDL代码，通过反复的功能仿真，后仿真验证程序的正确性，最终生成比特流。Xilinx公司推出的系统建模工具SystemGenerator简化了整个DSP设计流程。设计者只需要根据设计要求咱Simulink下进行系统建模，使用SystemGenerator工具即可自动生成可执行比特流、测试文件等，去掉繁琐的仿真、对比和验证过程。由于提供了适合硬件设计的数字信号处理（DSP）建模环境，加速、简化了FPGA的DSP系统级硬件设计。　　关于S

4、ystemGenerator的下载和安装过程，我在此就不详细说明了，在google上搜索一下就能找到的。关于SystemGnenrator的使用说明我在此向大家推荐一本很好的教材--《XilinxISEDesignsuite10.xFPGA开发指南》（人民邮电出版社、田耕胡彬徐文波等著）我是在学校图书馆借到的这本书，写得很详细，相当不错。我写这篇文章的之前做的实验也是参考上面做的。下面我进入正题，具体介绍我在用SystemGenerator工具完成DSP设计后使用XilinxISE10.x调用ModelsimSE6.5进行仿真验证

5、时遇到的的若干问题及其解决方法。　　下图为我设计的用MatlabSimulink工具设计DSP工程。在用SystemGenerator进行FPGA的DSP模块设计是以下几点值得特别注意：①设计的的FPGADSP模块的全局输入和输出数据（也就是在非Xilinx库提供的数据源或者数据显示、测量终端，比如下面设计中的Step信号源和Scope示波器等）必须经过Xilinx提供的GatewayIn和GatewayOUT进行采样，进而得到FPGA内部能够处理的定点数。②每个设计中至少要包含一个SystemGenerator图标，因为它是联系

6、MATLAB设计与XilinxFPGA硬件实现的主要桥梁，通过它可以实现FPGA实现属性的设置和修改，双击该图标会出现如图-2所示的对话框。③由于在SystemGenerator中进行设计是需要对外部数据进行采样，所以设计中各个GatewayIn和GatewayOut模块都有一个采样周期和采样后所得定点数精度的设置，另外在整个系统也必须有一个系统采样设置，多数情况下就对应着FPGA实现设计是的全局时钟，其设置在图-2中的SimulinkSystemClock（sec）。这里需要特别注意，系统设置必须是整个FPGA的最高时钟，而Ga

7、tewayIn和GatewayOut模块的采样周期都必须是它的整数倍，否则系统会报错，设计失败。　　图-1我设计的用MatlabSimulink工具设计DSP工程　　下图为SystemGenerator的系统设置，请注意其中勾选了Createtestbench选项，这样在点击Generator以后，系统才会自动生成勇于Modelsim仿真的测试文件，十分方便。　　图-2SystemGenerator的系统设置　　当一切设计好之后，点击图-2中的Generator按钮，系统就会自动调用ISE工具进行综合并产生所以需要的设计文件和仿真

8、文件。接下来，运行ISE，打开OpenProject，将路径切换至MATLAB的work工作目录文件下找到netlist文件，进入就会看到一个已经生产的_dcm_mcw.ise的ISE工程文件如图-3示，点击打开.　　图-3ISE工程文件