基于FPGA的数字信号处理算法实现

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基于 FPGA 的数字信号处理算法实现

摘要：　　数字信号处理技术的应用必须依赖于一定的算法,　并且在复杂应用场合中往往会采

用较复杂的算法,　这对数字信号处理芯片的性能和资源提出了越来越高的要求。笔者首先介绍

了数字信息处理的基本理论,　FPGA 的基本原理、技术特点及应用思路,　并以数字信号处理领域

中广泛应用的 FFT 算法为例,　对FPGA 在数字信号处理中的应用进行了详细的分析,　为相关领域

的研究提供有价值的参考。

关键词：　　 DSP;　FPGA;　VHDL;　FFT;

Abstract：　　 The　application　of　digital　signal　processing　technology　must　rely　on　a　certain　

algorithm,　and　in　complex　applications　often　use　more　complex　algorithms,　which　put　higher　and　

higher　requirements　on　the　performance　and　resources　of　digital　signal　processing　chips.　The　author　

first　introduces　the　basic　theory　of　digital　information　processing,　the　basic　principle,　technical　

features　and　application　ideas　of　FPGA,　and　takes　the　FFT　algorithm　widely　used　in　the　digital　signal　

processing　field　as　an　example,　and　analyzes　the　application　of　FPGA　in　the　digital　signal　processing　

in　detail,　and　provides　valuable　reference　for　the　research　of　the　related　domain.

Keyword ：　 DSP;　FPGA;　VHDL;　FFT;

 1 、前言

数字信号处理是 20 世纪 60 年发展起来的,　在信息技术的发展背景下迅速成为了一门新兴的学

科。到目前为止,　各类系统对数字信号处理的要求越来越高,　传统的通用 DSP 芯片逐渐不能满足

应用需求。在这样的背景下,　FPGA 芯片在市场的驱动下得到了迅速的发展,　并迅速占领了数字

信号处理领域的大部分市场。

 2 、基于 VHDL 语言的数字集成系统

VHDL 语言的日趋成熟,　使得数字集成电子系统朝着更高层次的方向发展,　VHDL 不但可以描述

整个电子系统,　也可以详细设计某一个模块,　还能将不同的模块通过编程语言集成在一起。从层

次上看,　数字系统设计可以分为系统级、算法级、寄存器变换级、逻辑门级、电路级和物理级,　

为VHDL 的应用提供了全方位多层次的应用空间[1]。

2.1 　、自顶向下的设计方法

自底向上的设计方法曾经在电子系统设计中占据了主导地位,　但随着电路的复杂化,　这种设计方

法已不适用于越来越庞大的多层次系统设计。于是自顶向下的设计思想逐步发展起来。以

FPGA 为代表的可维和逻辑器件就是这种设计方法的核心硬件基础,　为自顶向下的设计提供了可

能。自顶向下的设计思想要求设计者首先完成对系统的整体功能描述,　给出系统功能方框图和

总体结构,　然后即可从方框图一级开始进行仿真和验证,　通过 VHDL 实现各层次的功能描述,　再

通过开发得到网络表。显然,　自顶向下的设计方法需要从高层开始仿真,　这对于提前发现系统的

重大缺陷是有极大好处的,　大大降低了设计人员的劳动强度,　提高了设计的一次成功率,　这是电

子系统设计方法的一次革命性进步[2]。

2.2 　、数字系统的高层次综合

在数字系统的设计中,　高层次综合一般是寄存器传输级以及行为级综合方法。采用第一种综合

方法设计数字系统时,　开发人员必须通过高级语言准确描述算法,　再由硬件开发人员将其转化为

硬件描述语言,　从而完成了行为级硬件描述,　在此基础上,　继续向寄存器传输级进行转化,　即可完

成寄存器传输级的高层次综合。但是,　这种综合方法也存在着速度慢、描述灵活性差、性能与

算法兼容性差等缺点;行为综合需要借助于EDA 等现代化电子设计工具,　从系统行为的角度进行

设计,　从而得到寄存器传输级描述。行为综合方法的优势在于可以采用先进的综合工具来解放

开发人员的双手,　实现对行为级代码的自动化设计。

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摘要：

基于FPGA的数字信号处理算法实现摘要：　　数字信号处理技术的应用必须依赖于一定的算法,　并且在复杂应用场合中往往会采用较复杂的算法,　这对数字信号处理芯片的性能和资源提出了越来越高的要求。笔者首先介绍了数字信息处理的基本理论,　FPGA的基本原理、技术特点及应用思路,　并以数字信号处理领域中广泛应用的FFT算法为例,　对FPGA在数字信号处理中的应用进行了详细的分析,　为相关领域的研究提供有价值的参考。关键词：　　DSP;　FPGA;　VHDL;　FFT;Abstract：　　The　application　of　digital　signal　processing　technolog...

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