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1、基于DSP与FPGA芯片的信号处理系统设计关键词：双通道; FPGA; 数字信号处理;数字信号处理可以应用于各种领域, 涉及通信、勘测、遥控、医学、控制等。相比较模拟信号处理平台, 数字信号处理平台的应用范围更加广泛, 精确度更高, 可调整性更强, 并且开发周期短、成本低。伴随信号处理系统的性能指标要求越来越高, 单一的DSP芯片构成的信号处理系统在实际系统中越发显得不足, 而FPGA可以弥补DSP芯片的不足之处, 并且FPGA自身的优点使得该平台具备良好的可编程性1。1、 硬件部分对于通讯速度、数据处理量的高要求, 双通道信号处理系统采用对称结构。单个的信号处理通道由一片高性能的DSP芯片和
2、一片大容量FPGA芯片构成:两片FPGA芯片之间使用离散线、总线和高速数据线连接交换通信;DSP芯片的工作频率约为1000MHz (1MHz=106Hz) , 并且在两片之间通过SRIO (通信速率不低于1.25Gbps) 实现通信, 实现两路之间的协同处理。CPLD可以分别为四片芯片提供复位信号、程序加载以及时钟信号综合配置, 加载FPGA后按顺序依次加载DSP1、DSP2。1.1、 DSP设计两片DSP芯片高速的数据交互功能是基于连接用的Rapid I/O接口。此外单片DSP芯片的Rapid I/O接口对外实现与其他模块的总线数据通信。DSP挂载一片用来存储程序代码的FLASH, 系统上电
3、后FLASH中的代码加载至DSP, 并且通过EMIF总线连接至FPGA, 实现资源共享, 扩展外围接口。DSP芯片要与FPGA芯片协同操作需要完成包括LVDS (Low Voltage Differential Signaling) 、RS485 (平衡电压数字接口电路的电气特性) 、RS422等几种接口通信, 并且需要在处理数据过程中实现快速数据交换功能。模数转换模块将外部输入的模拟信号 (如电压信号、电流信号) 转换成数字信号送入FPGA运算, FPGA进行简单运算之后, 数字信号进入DSP芯片, 并且信号可以在两者之间实时通信。1.2、 FPGA设计虽然FPGA是本系统的协处理器, 但其
4、是整个设计的核心模块, 极大的增强了系统的灵活性。系统中的FPGA需要处理好多个通信连接设计及数据配置:(1) LVDS接口设计:是一种低压差分信号传输接口, 本系统基于多片DS92LV16实现2收1发数据传输功能, 由于LVDS的数据传输形式是电流, 设计中在接收端接入匹配电阻形成可用于电压传输方式的接收端。(2) UART接口设计:系统中DSP通过EMIF总线将数据传输给FPGA, FPGA再对数据进行通信协议转换实现UART通信。该接口设计主要通过FPGA调用IP核实现。(3) 数据配置:FPGA读取数据之前需要将其数据线、地址线、控制线连接到CPLD上, CPLD上电之后, FPGA从
5、存储数据的外部FLASH中读取配置数据, 并且根据时序将相应的数字信号和控制信号发送给FPGA2。1.3、 CPLD设计CPLD作为辅助系统设计, 主要的功能是为主处理器和协处理器提供复位功能, 此外还为DSP和FPGA程序加载和时钟综合配置, 顺序为先FPGA, 之后DSP1、DSP2。2、 程序部分作为控制中心, FPGA主要工作是数据处理、发送和接收。DSP1结合挂载外部FLASH的CPLD部分实现FPGA的动态加载。FLASH中的数据由DSP1分配, 经过总线写入FPGA1;数据进入FPGA1之后又通过DSP1控制, 转向CPLD, 而后通过总线转入FLASH, 并且在FLASH中完成
6、。使用编译软件ISE生成网格文件, 固化在FLASH中存储的数据在断电后仍会保持。CPLD在上电之后, 从FLASH读取配置文件信息, 对FPGA系统进行配置。在完成之后, FPGA与FLASH之间通过CPLD搭建的数据通道仍可用, 即FPGA在配置完成后可以直接读取FLASH中存储的数据, 并操作, 达到拓展FPGA的内存目的。根据FLASH中存储的文件类型, 需要将.out文件转换成可被读取的二进制文件, 之后进行烧写。3、 结束语本文所设计的基于DSP和FPGA的通用处理模块来构建的数字信号处理系统平台, 系统稳定可靠, 因为使用FPGA, 系统可控制、可编程性增强, 相较于传统的模拟信号处理平台而言, 本平台的应用领域更加宽广。此外, 本平台的设计周期短、成本低。数字信号实时处理平台是信号处理方式设计的趋势, 而通过FPGA与DSP的紧密结合的处理平台更加成熟、更加可靠、更加小型化。参考文献：1王诚, 吴继华.Ahera FPGAPCPLD设计 (高级篇) M.北京:人民邮电出版社, 2005.2宁李谱, 杨宾峰, 苗青林.FPGA器件的配置方式研究J.河南科技学院学报, 2008, 9:109-111.