FPGA在数字信号处理中的应用与研究

数字信号处理是信息科学中近几十年来发展最为迅速的学科之一.目前,数字信号处理广泛应用于通信、雷达、声纳、语音与图像处理等领域.而数字信号处理算法的硬件实现一般来讲有三种方式:用于通用目的的可编程DSP芯片;用于特定目的的固定功能DSP芯片组和ASIC;可以由用户编程的FPGA芯片.随着微电子技术的发展,采用现场可编程门阵列FPGA进行数字信号处理得到了飞速发展,FPGA正在越来越多地代替ASIC和PDSP用作前端数字信号处理的运算.该文主要探讨了基于FPGA数字信号处理的实现.首先详细阐述了数字信号处理的理论基础,重点讨论了离散傅立叶变换算法原理,由于快速傅立叶变换算法在实际中得到了广泛的应用,该文给出了基-2FFT算法原理、讨论了按时间抽取FFT算法的特点.该论文对硬件描述语言的描述方法和风格做了一定的探讨,介绍了硬件描述语言的开发环境MAXPLUSII.在此基础上,该论文详细阐述了数字集成系统的高层次设计方法,讨论了数字系统设计层次的划分和数字系统的自顶向下的设计方法,探讨了数字集成系统的系统级设计和寄存器传输级设计,描述了数字集成系统的高层次综合方法.最后该文描述了数字信号处理系统结构的实现方法,指出常见的高速、实时信号处理系统的四种结构;由于FFT算法在数字信号处理中占有重要的地位,所以该文提出了用FPGA实现FFT的一种设计思想,给出了总体实现框图;重点设计实现了FFT算法中的蝶形处理单元,采用了一种高效乘法器算法设计实现了蝶形处理单元中的旋转因子乘法器,从而提高了蝶形处理器的运算速度,降低了运算复杂度.