基于Spartan-3FPGA的DSP功能的方案[2]

  2 常見的DSP功能實(shí)現(xiàn)

  下面通過分析有限沖擊響應(yīng)（FIR）濾波器的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)示例來說明這些特性是如何影響器件的利用率。一個(gè)是基于乘法累加器（MAC）的實(shí)現(xiàn)，另一個(gè)是基于多通道分布式算法（DA）的實(shí)現(xiàn)。

  FIR濾波器通常應(yīng)用于基站、數(shù)字視頻、無線局域網(wǎng)、xDSL以及有線調(diào)制解調(diào)器。測試基準(zhǔn)是在Spartan-3 XC3S400 FPGA中實(shí)現(xiàn)頻率為130MHz、數(shù)據(jù)和系數(shù)均為16位的64抽頭MAC FIR濾波器。第一個(gè)實(shí)現(xiàn)僅用了一個(gè)MAC，第二個(gè)實(shí)現(xiàn)則用了四個(gè)MAC。

  從采用單個(gè)MAC的實(shí)現(xiàn)到采用四個(gè)MAC的實(shí)現(xiàn)可顯著增加FIR濾波器的性能，而LUT數(shù)量只增加一倍并仍僅占總可用邏輯資源的4%。四個(gè)MAC的實(shí)現(xiàn)使用了四塊RAM和四個(gè)MAC，以最少的器件邏輯資源高效地實(shí)現(xiàn)了FIR濾波器。

  另一個(gè)有趣的實(shí)現(xiàn)是多通道FIR功能的實(shí)現(xiàn)，在這里可以看到從單通道FIR濾波器到8通道FIR濾波器，器件利用率是如何變化的。

  實(shí)現(xiàn)單通道分布式算法FIR濾波器使用了XC3S1000 Spartan-3器件29%的邏輯資源和39%的寄存器資源。當(dāng)實(shí)現(xiàn)同樣的8通道濾波器時(shí)，通常將不同通道進(jìn)行時(shí)分復(fù)用來保存邏輯，但這將占用很多寄存器或者大量的片內(nèi)存儲(chǔ)器來存放中間結(jié)果。

  如果使用Spartan-3 FPGA，中間結(jié)果將被存放在由LUT配置成的16位移位寄存器（SRL-16）中。這樣，實(shí)現(xiàn)同樣的8通道濾波器只多使用10%的可用邏輯資源和7%的可用寄存器資源，也就是說，構(gòu)建8個(gè)通道僅多占用25%的器件資源。

  這種顯著的資源節(jié)約與Spartan-3器件中SRL-16的使用有直接關(guān)系，在8通道實(shí)現(xiàn)中還有另外1,343個(gè)LUT被用作SRL-16模式。

  如果在不支持SRL-16性能的FPGA中實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)，將需要額外的10,744（1343×8）個(gè)觸發(fā)器用作存儲(chǔ)單元，這就必須選用大規(guī)模器件以提供數(shù)量龐大的寄存器，同時(shí)將也會(huì)消耗相關(guān)的組合邏輯資源。

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