DSP算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)步驟概述

不久之前，數(shù)字信號(hào)處理（DSP）就像是一些“神秘藝術(shù)大師”所做的副業(yè)活動(dòng)，并且對(duì)于相對(duì)較少的設(shè)計(jì)感興趣。最近，我們已經(jīng)看到在這個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)了驚人的增長(zhǎng)，以至于找到一個(gè)至少不具備某些DSP功能的數(shù)字系統(tǒng)變得越來(lái)越困難。

關(guān)于DSP算法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，該過(guò)程的第一步是讓DSP架構(gòu)師在高抽象層次上探索和分析它們。這幾乎總是使用MathWorks公司的事實(shí)上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Matlab和/或Simulink環(huán)境來(lái)執(zhí)行。對(duì)于目標(biāo)實(shí)現(xiàn)技術(shù)涉及ASIC的設(shè)計(jì)環(huán)境，Matlab通常占據(jù)制高點(diǎn)。相比之下，我現(xiàn)在明白Simulink是當(dāng)今大多數(shù)設(shè)計(jì)環(huán)境中使用的FPGA，其中FPGA是目標(biāo)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

后來(lái)，當(dāng)涉及到實(shí)際實(shí)現(xiàn)這些算法時(shí)，我們有兩種主要方式?？赡軙?huì)選擇：軟件或硬件。在軟件實(shí)現(xiàn)的情況下，我們可能決定用C/C ++和/或匯編代碼表示小的scamps，將這些表示編譯和/或組裝到機(jī)器代碼中，并在通用微處理器上運(yùn)行這個(gè)機(jī)器代碼或者專用數(shù)字信號(hào)處理器。

在代碼中表示算法的主要優(yōu)點(diǎn)是，它提供了極大的靈活性，因?yàn)樗鄬?duì)容易進(jìn)行修改。缺點(diǎn)是微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器都是馮·諾依曼型機(jī)器，這意味著他們花費(fèi)了大量的時(shí)間（以及功率和硅片空間）讀取和解碼指令;獲取和處理數(shù)據(jù);然后存儲(chǔ)結(jié)果。

另一種方法是使用ASIC和＆＃151;直接在硬件中實(shí)現(xiàn)算法（如邏輯門/功能和寄存器）。最近＆＃151; FPGA中。傳統(tǒng)上，該實(shí)現(xiàn)過(guò)程依賴于在抽象的寄存器傳輸級(jí)別（RTL）上手動(dòng)重新編碼算法。悲傷，就涉及，出現(xiàn)了通常被抽象的分離誰(shuí)制定的算法和設(shè)計(jì)工程師誰(shuí)的任務(wù)是它們的物理實(shí)現(xiàn)（圖1）DSP建筑師墻。

圖1＆＃151;抽象墻將DSP架構(gòu)師和設(shè)計(jì)工程師分開(kāi)。

為了突破這一障礙，有許多公司采用了各種有趣的解決方案。到目前為止，大多數(shù)這些解決方案都涉及某種形式的語(yǔ)言翻譯或IP塊實(shí)例化。然而，到目前為止，大多數(shù)這些選項(xiàng)還沒(méi)有在Matlab/Simulink域中工作的DSP架構(gòu)師和在實(shí)現(xiàn)域中工作的硬件設(shè)計(jì)工程師之間進(jìn)行明確的交接。事實(shí)上，我們經(jīng)常最終會(huì)遇到最糟糕的情況，需要用戶成為這兩個(gè)領(lǐng)域的專家，這樣的人很少而且很遠(yuǎn)！

真正的DSP合成＆＃151;我們是否希望？

當(dāng)然，Synplicity的員工以其以FPGA為中心的合成技術(shù)而聞名。因此，您只能想象我的驚喜和喜悅，聽(tīng)到他們的新Synplify DSP產(chǎn)品，他們告訴我，它提供了世界上第一個(gè)真正的DSP綜合解決方案。

這個(gè)想法是Synplicity提供獨(dú)立于架構(gòu)的，與供應(yīng)商無(wú)關(guān)的塊集（庫(kù)），用于Simulink。為了有助于量化過(guò)程（將初始浮點(diǎn)表示轉(zhuǎn)換為它們的定點(diǎn)對(duì)應(yīng)物），這些庫(kù)元素中的每一個(gè)都支持自動(dòng)數(shù)據(jù)類型傳播。這意味著用戶只需要為所選信號(hào)指定定點(diǎn)數(shù)據(jù)類型（有符號(hào)，無(wú)符號(hào)）和位寬;然后，導(dǎo)出的值將自動(dòng)傳播到整個(gè)設(shè)計(jì)中。

但關(guān)鍵點(diǎn)在于，與傳統(tǒng)的IP模塊集解決方案不同，該庫(kù)保持了DSP架構(gòu)師在純算法級(jí)別的切入點(diǎn)。也就是說(shuō)，架構(gòu)師不需要定義任何低級(jí)實(shí)現(xiàn)決策，例如內(nèi)部存儲(chǔ)是基于FIFO，寄存器還是內(nèi)存。相反，架構(gòu)師需要關(guān)注的唯一參數(shù)是高級(jí)屬性，例如濾波器系數(shù)和增益要求。

這意味著生成的Simulink表示沒(méi)有任何架構(gòu)含義，因此提供了最合適的交接指向硬件設(shè)計(jì)工程師。這些工程師只需告知Synplify DSP綜合引擎目標(biāo)FPGA架構(gòu)，與系統(tǒng)相關(guān)的所需采樣率以及設(shè)計(jì)的速度要求。

Synplify DSP然后評(píng)估所有不同的可能解決方案，以實(shí)現(xiàn)最佳實(shí)施，并根據(jù)提供的區(qū)域/時(shí)序限制生成適當(dāng)?shù)腞TL。此外，由于Synplify DSP具有架構(gòu)意識(shí)，因此它作為輸出生成的RTL被“調(diào)整”，以便為目標(biāo)器件提供最佳解決方案（圖2）。

圖2＆＃151; DSP Synthesis彌合了域之間的差距。

Synplify DSP執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化技術(shù)，如重定時(shí)，資源分配，調(diào)度（折疊），多通道化和架構(gòu)選擇。在此上下文中，“折疊”是指采用與數(shù)據(jù)路徑相關(guān)聯(lián)的操作并將這些操作折疊到以較高速率操作的較少資源上。

例如，考慮一個(gè)具有100個(gè)抽頭（級(jí)）運(yùn)行頻率為1 MHz的FIR濾波器。每個(gè)抽頭都有一個(gè)相關(guān)的乘法器和加法器函數(shù)。與使用100個(gè)乘法器和100個(gè)以1 MHz運(yùn)行的加法器相反，可以僅使用一個(gè)乘法器和一個(gè)以100 MHz運(yùn)行的加法器創(chuàng)建等效濾波器，中間結(jié)果存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。

在多通道化的情況下，考慮一個(gè)視頻信號(hào)，其中需要在紅色，綠色和藍(lán)色通道上執(zhí)行相同的DSP操作。在這種情況下，用戶只需識(shí)別一個(gè)通道，并指示Synplify DSP將其用于多個(gè)信號(hào)（如果可以）。如果采樣率與系統(tǒng)時(shí)鐘相比足夠低，則綜合引擎將自動(dòng)識(shí)別其他通道，并將多通道化技術(shù)應(yīng)用于它們。

嗯，我不了解你，但我‘印象深刻。如果Synplify DSP公司聲稱Synplify DSP能夠完成其中一半的工作，那么它將成為任何DSP設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的一個(gè)非常有價(jià)值的補(bǔ)充，它當(dāng)然值得一個(gè)官方的“酷豆”。直到下一次，有一個(gè)好的！

Clive（Max）Maxfield是Techbites Interactive的總裁，Techbites Interactive是一家專注于高科技的營(yíng)銷咨詢公司。 Bebop的作者是布爾布吉（電子非常規(guī)指南）和EDA的合著者：電子開(kāi)始的地方，Max曾被一位沒(méi)有提示，脅迫或報(bào)酬的名人稱為“半導(dǎo)體設(shè)計(jì)專家”無(wú)論如何。