最佳FPGA和專用DSP

　　視頻和靜止圖像的普遍采用，以及可配置系統(tǒng)(如軟件無線電)日益增長的需求繼續(xù)驅(qū)動DSP應(yīng)用的擴(kuò)展。很多應(yīng)用需要經(jīng)濟(jì)有效的DSP處理。

　　雖然定制實(shí)現(xiàn)DSP功能，但在很多應(yīng)用中幾種功能，如FIR(有限脈沖響應(yīng))濾波器，IIR(無限脈沖響應(yīng))濾波器、FFT(快速傅里葉)和混頻器是共同的。所有這些功能都需要與加、減、累加一起的乘法單元組合。

　　FIR濾波器(圖1)存儲n數(shù)據(jù)單元系列，每個數(shù)據(jù)單元延遲一個附加周期。通常，這些數(shù)據(jù)單元稱之為分支。每個分支與系數(shù)相乘，其結(jié)果求和產(chǎn)生輸出。某些方法并行執(zhí)行所有的乘法。更一般的方法是分為N級，用累加器從一級到下一級傳遞結(jié)果。這些實(shí)現(xiàn)方法用功能資源換取速度，取N個計算級并需要n/N個乘法器。根據(jù)系數(shù)是靜態(tài)還是動態(tài)以及系數(shù)值設(shè)計，有不少其他通用的設(shè)計最佳化方法。

圖1 典型FIR濾波器的實(shí)現(xiàn)

　　實(shí)現(xiàn)方法

　　從圖像壓縮到確定數(shù)據(jù)取樣的頻譜成分，在不同的應(yīng)用中都用FFT。實(shí)現(xiàn)FFT有多種方法。最通用的方法是通用Cooley-Tukey時間抽取，把FFT分解成若干更小的FFT。最簡單的實(shí)現(xiàn)方法是用Radix-2蝶形單元(圖2)，其輸入數(shù)據(jù)必須傳遞倍數(shù)。這種計算概念上是簡單的;然而，圖左邊所有的乘和加是用復(fù)數(shù)計算的，所需要的乘和加的實(shí)數(shù)是更復(fù)雜的問題(如圖右邊所示)。

圖2 實(shí)現(xiàn)FFT的Radix-2蝶形方法

　　IIR濾濾器除引入反饋通路外，它類似于FIR濾波器。這些反饋通路使IIR濾波器的設(shè)計和分析比FIR更復(fù)雜。然而，對于相同硅面積，IIR方法可提供更強(qiáng)的濾波器。盡管有幾種IIR結(jié)構(gòu)，但是，一種通用的結(jié)構(gòu)是用2階四次方結(jié)構(gòu)(圖3)。

圖3 IIR2階四次方濾波器

　　很多應(yīng)用是用混頻器來變換信號頻率。概念上，可用單個乘法器，而在數(shù)字應(yīng)用中，用復(fù)數(shù)形式表示不少優(yōu)點(diǎn)。最一般的形式是信號表示是為I和Q分量。