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标  题: 可 编 程 逻 辑 器 件 的 DSP 宏 功 能
发信站: 紫 丁 香 (Fri Jan 21 21:20:23 2000), 转信

发信人: fangf (方方), 信区: DSP
标  题: 可 编 程 逻 辑 器 件 的 DSP 宏 功 能
发信站: 饮水思源站 (Sun Sep 12 00:44:52 1999) , 站内信件

可 编 程 逻 辑 器 件 的 DSP 宏 功 能
—— 优 化 了 设 计 性 能 并 缩 短 了 上 市 周 期
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---- 在 数 字 信 号 处 理（DSP） 的 应 用 中， 可 编 程 逻 辑 器 件（PLD） 不
 仅 为 系 统 设 计 人 员 提 供 了 优 异 的 功 能、 灵 活 的 算 法， 而 且 还
 提 供 了DSP 处 理 器 和ASIC 解 决 方 案 所 不 具 备 的 的 可 重 写 功 能。
但 直 到 不 久 以 前， 要 充 分 利 用 上 述 优 点， 还 需 要DSP 设 计 人 员
反 复 考 虑 算 法 并 研 究 如 何 用PLD 的 复 杂 结 构 实 现， 这 就 要 求 设
 计 人 员 必 须 对PLD 的 构 造 有 充 分 了 解。 而 如 今， 宏 功 能 的 发 展
 为 工 程 师 们 打 开 了 方 便 之 门， 提 高 了 他 们 设 计 高 性 能 系 统 的
 效 率。
---- 任 何 导 致 并 行 处 理 的 功 能 都 能 映 像 到 一 片PLD 中 去。 从 有
限 脉 冲 响 应 滤 波 器（FIR）、 视 频 卷 积 器， 到 自 适 应 均 衡 器， 许
多DSP 功 能 都 可 使 用 硬 件 功 能 模 块 完 成， 如 乘 法 器、 加 法 器 和
累 加 器。 这 就 要 求 设 计 人 员 抛 弃 原 有 的、 通 过 中 心 点（ALU/MAC）
 传 送 数 据 的 思 维 方 式， 转 向 针 对PLD 优 化 的 格 式 来 准 备 数 据。
 这 可 能 意 味 着 将 采 用 新 的 的 方 法 来 预 处 理、 甚 至 收 集 信 息。
 这 种 转 变 需 要 系 统 设 计 人 员 花 费 一 定 时 间 来 完 成。
PLD 新 技 术 迎 接 挑 战
---- 技 术 上 的 四 个 显 著 变 化 改 变 了DSP 设 计 人 员 的 设 计 过 程。
首 先 是 密 度 和 性 能 的 提 高， 这 也 是 实 现 实 时 单 片 系 统 接 口 的
 关 键。 现 在，10 万 门 的PLD 器 件 已 批 量 供 货， 能 够 用 以 实 现 系 统
 速 度 超 过75MHz 的 设 计。 一 家 制 造 商 表 示， 用 一 片PLD 就 能 够 以
极 好 的 性 能（1024 点 复 数 输 入 及 输 出 的FFT 只 需250 微 秒） 完 成 一
 个 准 确 的10 万 门 快 速 傅 里 叶 变 换（FFT）。
---- 第 二 个 基 本 转 变 是 结 构 体 系 的 进 化。 从DCT ( 离 散 余 弦 变 换
) 到FFT（ 快 速 傅 里 叶 变 换） ， 许 多DSP 功 能 得 以 实 现 的 关 键 之 一
 就 在 于RAM 的 大 型 嵌 入 模 块； 传 统 的FPGA 用 牺 牲RAM 的 方 法 来 实
现 逻 辑， 导 致 无 法 为DSP 功 能 提 供 足 够 的 资 源。 从 根 本 上 说，DS
P 是 数 据 通 路 上 的 处 理 引 擎， 流 水 线 操 作 和 存 储 器 与 计 算 单
元 越 近， 则 带 宽 越 大。 嵌 入 式 阵 列PLD 结 构 也 正 是 出 自 这 个 目
的， 采 用 各 自 独 立 的 组 块 来 构 成 大 块 的RAM。 生 产 工 艺 的 提 高
所 带 来 的 成 本 降 低 使 得 一 些PLD 制 造 商 急 剧 地 增 加 产 量， 而 最
 终 在 价 格 方 面 获 益 的 是 用 户。 例 如，EPF10 K50 器 件（5 万 门） 的
价 格 在15 个 月 内 由795 美 元 跌 到 了175 美 元， 预 计 到97 年 底 将 跌 至
69 美 元 。 新 价 格 为PLD 在 批 量 生 产 方 面 的 应 用 增 加 了 机 会， 而
 在 旧 的 价 格 结 构 中， 通 常 是 首 选ASIC 或 其 他 解 决 方 法。
新 功 能 库 减 轻 了 设 计 负 担
---- 与 实 现DSP 功 能 有 关 的 最 重 要 的 改 进 是 宏 功 能 库。 这 些 宏
功 能 是 经 过 预 设 计 和 预 测 试 的 结 构 单 元， 它 们 经 过 优 化 以 便
功 能 是 经 过 预 设 计 和 预 测 试 的 结 构 单 元， 它 们 经 过 优 化 以 便
 达 到PLD 要 求 的 性 能 及 密 度。 以DSP 应 用 的 核 心 部 分 乘 法 器 为 例
， 传 统PLD 速 度 太 慢、 效 率 不 高， 不 足 以 实 现 乘 法 器， 尤 其 是 带
 符 号 的 乘 法 器。 而 现 在， 使 用 这 种 可 广 泛 应 用 于 各 种 开 发 环
 境 参 数 化 模 块 库（LPM） 来 进 行 设 计、 编 译 和 布 局/ 布 线， 一 个
工 作 于87MHz、 全 精 度 输 出 的12x12 乘 法 器 仅 需 不 到10 分 钟 的 时 间
。 表1 中 提 供 了 乘 法 器 性 能 的 标 准 测 试 报 告。 其 中 关 键 在 于 设
 计 人 员 在 全 过 程 中 能 够 进 行 全 面 控 制，LPM 提 供 了 一 个 菜 单 ，
 用 以 标 定 被 乘 数 的 宽 度、 流 水 线 级 数 和 结 果 的 宽 度。EDA 工 具
 可 以 从LPM 库 中 得 到 最 佳 优 化 设 计， 包 括 等 待 时 间（ 流 水 线 级
 数） 的 实 时 处 理 优 化 面 积 或 速 度。 前 面 提 及 的12x12 乘 法 器 仅
用 到 大 型 主 流PLD 的 有 效 逻 辑 单 元 的8%， 而 器 件 上 未 用 的 部 分
将 提 供 整 个 系 统 所 需 的 各 类 资 源 。
---- 这 种 针 对 结 构 的 优 化 对 实 现 高 性 能 系 统 是 至 关 重 要 的。
独 立 结 构 的 功 能 库 通 常 不 能 提 供 这 种 关 键 特 性。 再 一 次 以 乘
 法 器 为 例， 一 个ASIC 乘 法 器 把 一 个 个 门 转 换 到 可 编 程 逻 辑 器
件 中， 它 的 尺 寸 比 专 门 为PLD 优 化 的 乘 法 器 大 两 倍 之 多， 而 速
度 只 有 后 者 的 一 半。 由 於 大 多 数DSP 功 能 的 构 造 模 块 都 是 由 这
 些 乘 法 器 构 成， 因 此 整 个 系 统 性 能 也 会 受 到 影 响。
---- 同 样， 在 对 有 限 脉 冲 响 应 滤 波 器 的 某 些 特 定 结 构 进 行 优
化 后， 也 会 得 到 优 异 的 性 能。 参 数 化FIR 滤 波 器 设 计 工 具 使 设
计 人 员 能 够 自 行 指 定 抽 头 数、 输 入 和 输 出 精 度、 位 宽， 并 产 生
 结 构 优 化 的 高 性 能AHDL 编 码。 例 如， 一 个64 抽 头8 位 固 定 系 数 的
FIR 滤 波 器 可 在100 MIPS 下 运 行， 其 他 的 参 数 化 宏 功 能DSP 构 造 模
 块 包 括IIR 库、 安 排 顺 序 滤 波 器、 浮 点 操 作 符 和 算 法 库。
无 线/ 宽 带 的 改 进
---- 这 些DSP 宏 功 能 构 造 模 块 掀 起 了 用 可 编 程 逻 辑 来 实 现DSP 设
 计 的 第 二 次 浪 潮， 它 的 系 统 实 现 方 向 正 朝 向 应 用 领 域 发 展，
 如 图 像 和 无 线/ 宽 带 通 信 系 统。 宏 功 能 生 产 商 已 针 对 某 些 特
定 的PLD 结 构 优 化 了 他 们 的 功 能 模 块。 现 有 的 宏 功 能 汇 总 于 表
2。 其 性 能 方 面 的 优 势 是 显 而 易 见 的， 一 个 参 数 化FFT 完 成 一 个
1024 点 的FFT 仅 用250 微 秒 — — 比 任 何 固 定 点DSP 处 理 器 的 运 算 都
 要 快 很 多。Integrated Silicon Systems 提 供 的 一 种 新 型 的FFT 库 完 成
 同 样 的1024 点FFT 运 算 仅 用107 微 秒。
---- 由 于 整 个 系 统 的 主 要 组 成 部 分 现 在 都 能 够 围 绕 这 些 功 能
 来 制 造。 所 以 这 些 宏 功 能 非 常 有 价 值 ，Nova Engineering 的 功 能
库 可 提 供 构 成 π/4 DQPSK 调 制 解 调 器 所 需 的75% 的 功 能 块。 这 样
可 大 大 地 缩 短 上 市 周 期， 并 给DSP 设 计 人 员 带 来 缩 短 上 市 周 期
 价 值， 这 对 于 可 编 程 逻 辑 来 说 非 常 重 要。 由 於 现 在 可 以 对 DS
P 系 统 进 行 高 效 率 的 结 构 分 析、 设 计 和 测 试， 工 程 资 源 可 以 集
 中 於 对 设 计 的 其 它 单 元 的 优 化 处 理， 而 不 是 重 复 构 造 这 些 常
 用 功 能 块。 同 样 重 要 的 还 有 可 再 编 程 功 能。 在 不 断 发 展 变 化
 的 无 线 通 信 领 域 里， π/4 DQPSK 并 不 一 定 总 是 最 主 要 的 工 业 标
 准。 在PLD 中， 功 能（ 在 某 些 情 况 下 是 电 路) 可 以 快 速、 方 便 地
转 变 为CDMA 或 其 他 新 兴 的 标 准。 在 此 例 中 使 用PLD 替 代ASIC， 意 味
转 变 为CDMA 或 其 他 新 兴 的 标 准。 在 此 例 中 使 用PLD 替 代ASIC， 意 味
 着 无NRE、 最 短 的 设 计 周 期、 无 投 资 风 险 以 及 节 省 宝 贵 的 时 间
 与 金 钱。
新 的 设 计 良 机
---- 方 便 之 门 已 经 打 开， 现 在 的 系 统 设 计 人 员 可 挑 选 各 种 功
能 用 以 开 发 完 善 的 数 字 子 系 统。
---- 在 图 像 方 面， 也 有 类 似 的 功 能 库， 包 括 离 散 余 弦 变 换、 筛
 选 滤 波 器、 正 交 子 波 滤 波 器、 色 彩 空 间 转 换 器、 视 频 卷 积 器、
JPEG 解 码/ 编 码 功 能 和 一 个 包 含 拉 普 拉 斯 边 缘 检 测、 锐 化 滤 波
、 和 对 比 增 强 滤 波 的 图 像 功 能 处 理 库。 为 什 么 在 有 大 量 标 准
 产 品 解 决 方 案 存 在 的 情 况 下， 仍 要 用PLD 实 现JPEG 呢 ？ 这 是 由
于 许 多 压 缩 设 计 需 要 对 数 据 传 输 率、 屏 幕 分 辨 率 或 其 他 算 法
 单 元 做 细 微 修 改， 这 些 修 改 用 於PLD 实 现 正 合 适。
---- 这 种 宏 功 能 方 法 对 那 些 期 望 转 而 使 用DSP 功 能 的PLD 设 计 人
 员 是 十 分 理 想 的， 但 对 纯DSP 设 计 人 员 来 说， 由 于 他 们 使 用 的
 那 些 高 级 工 具 如SPWTM( 信 号 处 理 工 作 系 统TM） 或Visual Arc hitectT
M， 可 以 用 在 算 法 级 仿 真 系 统， 因 而 宏 功 能 并 不 具 优 势。 算 法
 的 结 果 根 据 需 要 植 入 软 件、 硬 件 或 两 者 兼 而 有 之。 这 些 以 算
 法 为 基 础 的 工 具 可 直 接 为 某 一DSP 处 理 器 生 成C 或 汇 编 代 码，
或 为ASIC 硬 件 的 实 现 输 出 网 表。 下 一 代DSP 开 发 工 具 将 提 供 优 化
 的 可 编 程 逻 辑 工 具。 此 方 法 将 把 功 能 库 的 后 端 实 现 留 给PLD 制
 造 商， 因 为 他 们 拥 有 最 好 的 设 备 以 便 对 已 完 成 结 构 的 功 能 进
 行 优 化， 并 且 此 法 可 有 效 地 集 成 现 有 的 优 化 宏 功 能 库。 仿 真
 与 优 化 用 的 时 序 信 息 必 须 有 效 地 反 馈 到 高 级 工 具。
---- 可 编 程 逻 辑 为DSP 设 计 人 员 提 供 了 一 个 自 由 发 挥 的 空 间。
设 计 方 法 上 的 改 进 取 得 了 重 大 的 突 破， 将 为 众 多 的 领 域 带 来
 显 著 的 效 益。 随 着 设 计 方 法 的 不 断 完 善， 功 能 和 市 场 时 效 方
 面 的 优 势 将 最 终 给DSP 设 计 人 员 一 个 彻 底 的 解 决 方 案。

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    感情是一个难以驯服的野马
    理智却是一个严厉的马夫

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