12、FPGA实现数字信号处理系统的技术解析

FPGA实现数字信号处理系统的技术解析

1. 引言

在实现数字信号处理（DSP）系统时，有多种技术可供选择。FPGA作为其中一种重要的技术，具有用户可开发高度并行、流水线电路的优势，能提供非常高的性能。为了在系统分区和电路架构开发阶段正确推断实现过程，理解FPGA实现DSP功能的详细细节至关重要。

2. FPGA功能特性

2.1 可编程元素

FPGA的可编程元素通常包含一个小的存储元件（如查找表LUT）、寄存器和某种形式的快速加法器。不同厂商的FPGA，其LUT的输入数量有所不同，例如Lattice的iCE40isp和Microsemi的RTG4 FPGA为四输入LUT，Xilinx的Zynq®和UltraScale+TM系列为六输入LUT，Altera的Stratix® V和10系列为八输入LUT。大多数快速加法器电路基于单比特加法器，其他功能则在LUT中实现。

2.2 专用DSP资源

专用DSP资源通常针对定点乘累加功能，不同厂商的FPGA数据输入位宽有所差异，如Xilinx、Microsemi RTG4和Altera FPGA通常为18位数据输入，Lattice iCE40isp为16位。此外，还具备额外的累加和减法电路，可用于创建FIR滤波器和变换电路，其字长非常适合一系列音频、语音、视频和雷达应用的定点实现。

2.3 分布式内存

分布式内存可用于存储值或创建专用DSP功能，形式包括可编程逻辑块中的寄存器和LUT，或者Altera的Stratix®系列中的640 b和20 kB嵌入式RAM块，以及Xilinx系列中的36 kB分布式随机存取存储器（disRAM）块。