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隨著FPGA性能和容量的改進，使用FPGA執行DSP功能的做法變得越來越普遍。 許多情況下，可在同一應用中同時使用處理器和FPGA，采用協處理架構，讓FPGA執行預處理或后處理操作，以加快處理速度。
傳統上，大量的應用設計使用專門的數字信號處理(DSP)芯片或專用標準產品(ASSP)并通過信號處理算法來處理數字信息，濾波、視頻處理、編碼與解碼、以及音頻處理等僅僅是眾多采用 DSP 的應用中的一部分而已。
現在，隨著FPGA性能和容量的改進，以及可以在大多數DSP應用中看到的通用算術運算的效率的提高，使用FPGA執行DSP功能的做法變得越來越普遍。
在許多情況下，同一應用中同時使用處理器和FPGA，采用協處理架構，讓FPGA執行預處理或后處理操作，以加快處理速度。
顯示此種趨勢的應用之一是多普勒測量系統，它可以測量固體或液體在各種環境中流動的速度。
從管道中流動的油，到人的心臟中流動的血液，相對于以前的方法，基于多普勒測量原理的非侵入式測量方法可以極大地降低風險，減少成本和提高精度。
一般來說，這些系統都是采用 DSP技術，將FPGA和如TI公司提供的固定功能DSP器件之類結合起來使用。
多普勒測量系統
多普勒測量系統利用多普勒效應測量運動目標(固體、液體或氣體)的速度。最著名的應用大概要算雷達槍了，交通巡警利用它檢測超速汽車。
在測量除汽車速度之外的其他物體的運動(例如心臟中血液的流動)時，需要進行多種測量，來確定更為復雜的流動的細節。方法之一是利用電子束聚集技術。
在這種技術中，將使用大量探測器(許多小雷達槍)測量從發射源返回的頻率。這些探測器沿拋物線分布(如圖1 所示)，因此從焦點返回的信號將會同時到達每個探測器。將這些信號組合起來，并對顯著速度的微小波動進行少量處理，就可以確定位于焦點處的物體的速度。如果可以移動探測器來對整個關注區域進行掃描，那么這種方法效果會相當好，但是如果沒有這樣的條件，則可以采用另外一種技術，它可以獲得同樣的結果。通過插入一定的可編程的延遲，改變各個探測器的輸入組合的時間，可以將焦點改變到關注區域中的幾乎任何位置。例如，加入一定的固定額外延遲可以使焦點遠移，而改變延遲來縮短探測器一側的傳播路徑則會使焦點向該側移動。
圖 2 顯示了如何利用可調延遲產生拋物線形效果。可調延遲功能在富含寄存器的FPGA中極易實現，并可能成為從傳統DSP中剝離作為協處理器功能的一種功能。
系統實現示例
圖 3 顯示了一種系統實現示例的框圖。位于圖中部的FPGA負責產生發射器使用的輸出信號。該實現采用Xilinx直接數字頻率綜合器IP核，可方便地產生各種波形。可以根據測量目標的不同輕松改變探測器測量返回信號的模擬值，產生饋送到FPGA的數字值。FPGA對輸入信號執行部分初步濾波運算，來調整探測器的位置。然后FPGA向每個探測器數據流中插入一定可編程延遲，以實現電子束聚集功能。數據流被組合起來，一個數字濾波器負責確定信號的頻率分量。這樣就得到了確定焦點速度所必需的多普勒讀數。
在FPGA的內部有一個MicroBlaze軟核，控制著測量過程，從而實現高層次的功能，如掃描、初始化、測試，以及診斷等。
DSP讀取和存儲FPGA執行操作的結果。一旦完成一系列掃描，處理器就可以構建出一幅針對掃描區域的數字圖像。可以為不同的速度分配不同的顏色(按照線性、對數或任何其他比例)，并將數字圖像轉換成視頻圖像，在圖形終端上實時顯示或記錄下來留待以后回放。利用眾多可以得到的軟件或工具包中的一個，還可以在處理器中輕松實現到JPEG或其他視頻格式的轉換， 還可以采用其他系統分割進行實驗。如果實時視頻處理和存儲占用了處理器過多帶寬，可以將算法的一部分(比如掃描數據的預處理)放在FPGA中來執行。
測量過程的另一個重要部分是確定目標的質量。可以通過測量從焦點返回探測器的能量大小來實現這一功能。返回的能量越多，則目標越大(一般而言)。當測量的目標具有固定連貫性時(如在管道中流動的油或其他液體)，這種測量效果特別好，但當系統中存在各種不同質量或反射時，測量就很困難了。
顯然，對被測系統多些了解可以為測量過程提供一些線索。通過存儲與返回信號的幅度相對應的數字值，可以為FPGA協處理器增加能量測量功能。該值也是經過了FPGA的延遲。
作為選擇，JPEG處理可以作為一項獨立的功能通過FPGA來執行，從而使處理器留出更多時間進行數據預處理器。有許多選項可供選擇，但提供一種能夠快速實現不同分割的易用平臺才是至為重要的。
類似的以協處理為本的應用可以從硬件開發平臺的使用中獲得好處。利用硬件平臺可以讓您輕松實驗各種系統和算法分割--將一些功能在FPGA 中實現，而另一些功能放在DSP中。DSP應用程序一般很難用軟件進行仿真，因此快速創建硬件/固件/軟件平臺的能力可以極大地縮短開發時間。使用賽靈思工具套件中的協仿真工具，通過The MathWorks Simulink和目標硬件進行開發，是一種可以大大縮短設計時間的技巧。
Avnet DSP協處理器設計套件
Avnet DSP協處理設計套件是針對以DSP為導向、同時需要使用FPGA和DSP的廣泛應用開發而設計的。套件配有兩塊主電路板。Virtex-4評估板(如圖4所示)配有 Xilinx Virtex-4 SX-FF668 FPGA、平臺閃速配置PROM、擴展連接器、Cypress CY7C68013 USB2.0 控制器、國家半導體的DP83847 10/100 以太網端口、128x64 OSRAM 圖形顯示器、8MB閃存、32MB DDR SDRAM 以及各種用戶開關和LED。第二塊電路板是 TI DSP 適配器模塊(如圖5所示)，用于在Virtex-4 電路板和各種 TI DSP評估板之間起接口作用。可以從 Avnet公司購買TI電路板，完成開發平臺的構建。
套件還包括一些設計示例和用戶文檔，以便新的DSP設計?r更容易上手。賽靈思網站上提供了多個賽靈思應用說明和參考設計，有些使用了可從 DSP System Generator 工具獲得的賽靈思IP核，以幫助用戶上手。
本文小結
對廣泛的DSP應用而言，同時使用FPGA和固定功能數字信號處理器的方法是可行的。在很多此類應用中，利用專門為協處理應用而開發的硬件設計套件來開發設計原型也是可行的。Avnet設計服務部提供各種設計套件，可組合使用以創建恰好適合您的設計的硬件平臺。使用基于硬件的開發平臺開始您的設計。
66821730(技術支持)
