17、FPGA数字信号处理设计技术与复用设计策略

FPGA数字信号处理设计技术与复用设计策略

1. FPGA数字信号处理的并行操作与优化技术

在FPGA数字信号处理（DSP）中，为了提高性能，有多种技术可以应用。其中，提高处理速度可以通过流水线操作和硬件并行化来实现。

• 流水线操作：之前的方法主要基于处理器级流水线，这在FPGA实现中是最有效的级别。例如，通过对延迟进行缩放，引入足够的延迟到数据流图（DFG）中，以便进行重定时操作，从而实现流水线。在设计示例中，通常选择流水线级别为1，这代表了FPGA在处理器级别的流水线能力。不过，如果将Xilinx DSP48E2或Altera DSP块作为单个处理单元，它们可以支持多层流水线。
• 硬件并行化：另一种提高性能的方法是将硬件并行化，即将单输入单输出（SISO）系统转换为多输入多输出（MIMO）系统。以简单的FIR滤波器为例，可采用块处理的方式，假设每个时钟周期处理两个样本块，通过重新组织计算顺序，可以减少计算复杂度。

2. FIR滤波器的块处理与优化

• 块处理：对于四抽头延迟线滤波器，采用块处理时，每个时钟周期处理两个输入样本x(k)和x(k + 1)，并产生相应的输出y(k)和y(k + 1)。由于数据是以块的形式处理，因此可以利用相同数据在滤波器不同部分同时使用的特点，减少一些延迟元件。
• 复杂度优化：通过创建两个两抽头滤波器y(1k) = a0x(k) + a2x(k - 2)和y(2k) = a1x(k + 1