基于DSP与FPGA芯片的信号处理系统设计

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基于 DSP 与FPGA 芯片的信号处理系统设计

摘要：　现代大规模集成电路和数字信号处理技术相结合的信号处理系统可以被应用各种学

科和技术领域。本文基于 DSP　(Digital　Signal　Processing:数字信号处理)　芯片和 FPGA　(Field　

Programmable　Gate　Array:现场可编程门阵列)　系统 CPLD　(Complex　Programmable　Logic　Device)　

模块提出一种双通道的数字信号处理平台的构建方法,　该平台具备实时处理信号的功能、可编

程性好、架构简单等特点。

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 FPGA[2]。

1.3 　、CPLD 设计

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摘要：

基于DSP与FPGA芯片的信号处理系统设计摘要：　现代大规模集成电路和数字信号处理技术相结合的信号处理系统可以被应用各种学科和技术领域。本文基于DSP　(Digital　Signal　Processing:数字信号处理)　芯片和FPGA　(Field　Programmable　Gate　Array:现场可编程门阵列)　系统CPLD　(Complex　Programmable　Logic　Device)　模块提出一种双通道的数字信号处理平台的构建方法,　该平台具备实时处理信号的功能、可编程性好、架构简单等特点。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,　...

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