基于EDA技术的现代DSP技术.ppt

嵌入式技术与应用 基于EDA技术的嵌入式系统设计,SOC：SYSTEM ON A CHIP,SOPC：SYSTEM ON A PROGAMMABLE CHIP,EDA技术及其发展,EDA技术在进入21世纪后，得到了更大的发展，突出表现在以下几个方面：,使电子设计成果以自主知识产权的方式得以明确表达和确认成为可能；,在仿真和设计两方面支持标准硬件描述语言的功能强大的EDA软件不断推出。,电子技术全方位纳入EDA领域；,EDA使得电子领域各学科的界限更加模糊，更加互为包容；,更大规模的FPGA和CPLD器件的不断推出；,基于EDA工具的ASIC设计标准单元已涵盖大规模电子系统及IP核模块；,软硬件IP核在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步确认；,SoC高效低成本设计技术的成熟。,方案论证与系统级构建独立于硬件的系统行为评估和设计。系统仿真：包括系统级的硬件设计与仿真，软件设计与仿真,现代电子系统设计流程,将硬件系统设计文件转换成可综合（RTL）硬件描述语言（HDL）。进行功能仿真,将硬件描述语言转换成标准网表文件，如EDIF、VHDL、Verilog等,通过结构综合或适配（芯片内的布线布局），将标准网表文件转换成芯片下载文件。进行时序仿真,硬件系统实现。硬件系统测试与调试HARDWEAR DEBUGERRING,软件设计与调试。SOFTWEAR DEBUGERRING,系统设计完成,传统电子系统设计流程,根据方案和系统指标选购硬件，并设计电路板，即硬件系统实际,自顶向下的设计流程,自底向上的设计流程,方案论证，与算法确定,软件设计与调试。SOFTWEAR DEBUGERRING,硬件系统测试与调试,系统设计完成，或系统中的某一模块实际完成,EDA设计流程与传统技术设计流程比较,EDA技术,ASIC设计,FPGA/CPLD可编程ASIC 设计,门阵列（MPGA）；标准单元（CBIC）；全定制；（FCIC）；ASIC设计,SOPC/SOC,混合ASIC设计,EDA技术实现目标,作为EDA技术最终实现目标的ASIC，通过三种途径来完成：,基于EDA技术的FPGA基本设计,SOPC系统设计,DSP技术及DSP系统设计,单片机系统设计,嵌入式系统设计,+,+,+,大规模FPGA,Nios嵌入式系统IP软核,Flash ROM,固体硬盘,SRAM,内存,SDRAM,内存,嵌入式Bios,嵌入式ROM,嵌入式RAM,嵌入式FIFO,SDRAM控制模块,硬件DSP模块,RS232,CAN控制器,DMA,VGA控制器,RS232接口电路,PS2键盘接口,PS2鼠标接口,Ethernet接口,内部时钟,PIC接口,浮点算术协处理器,VGA接口,PS/2键盘/鼠标接口,D/A接口,A/D接口,LCD接口,LED接口,USB控制器,UART FIFO,并行接口,图象或语音采样接口,立体声输出接口,通用I/O口,应用系统,SOPC,32点正弦波（未滤波）,1/8 FSK输出波形,EDA与传统电子设计方法的比较,手工设计方法的缺点是：1)复杂电路的设计、调试十分困难。2)如果某一过程存在错误，查找和修改十分不便。3)设计过程中产生大量文档，不易管理。4)对于集成电路设计而言，设计实现过程与具体生产工艺直接相关，因此可移植性差。5)只有在设计出样机或生产出芯片后才能进行实测。,EDA技术有很大不同：1)采用硬件描述语言作为设计输入。2)库(Library)的引入。3)设计文档的管理。4)强大的系统建模、电路仿真功能。5)具有自主知识产权。6)开发技术的标准化、规范化以及IP核的可利用性。7)适用于高效率大规模系统设计的自顶向下设计方案。8)全方位地利用计算机自动设计、仿真和测试技术。9)对设计者的硬件知识和硬件经验要求低。10)高速性能好。11)纯硬件系统的高可靠性。,DSP设计技术演进(1),专用数字信号处理机,数字信号处理器DSP,超大规模可编程硬件实现,专用数字信号处理机（早期）,如FFT机，只适用于某一特定的信号处理应用。优点：速度快、实时性强缺点：系统规模小、通用性差、电路不灵活 无法面向用户，按照用户的要求改变设 计结构，和功能特性,DSP设计技术演进(2),数字信号处理器（DSP）,如TI公司的TMS320系列。适用于语音处理、窄带通信、低速图像处理。优点：速度快、软件实现、灵活性高、便于实现复杂算法缺点：实时性差（但在多数情况下满足要求。也推出了高 性能的DSP，如TI的C6x系列）,DSP设计技术演进(3),超大规模可编程硬件实现（FPGA）,如Altera公司的APEX、APEX II、Stratix系列等，开 发工具包为DSP Builder。适用于宽带通信、高速图像处理。优点：速度最快、可编程逻辑实现、灵活性高、实时性强缺点：同DSP软件相比，实现相同算法需要更高成本。但在高速、实时性要求的应用中，如软件无线电的 数字中频处理中，已成为必不可少、非此莫属了！,DSP设计技术演进(4),DSP设计新工具-DSP Builder(1),Altera公司DSP Builder，支持Altera公司超大规模FPGA，整合了整个DSP设计与实现的流程。主要包含：1、MATLAB/Simulink仿具库支持、2、Simulink模型到VHDL的设计转换支持、设计的VHDL综合、3、ModelSim VHDL仿真库支持、4、FPGA的后端布局布线。通过Signal Compiler，DSP Builder将MATLAB/Simulink系统仿真、VHDL综合器、Quartus II工具紧密结合在一起，大大简化了DSP的设计与实现流程，具有划时代的意义。,DSP设计新工具-DSP Builder(2),DSP Builder提供了从MATLAB/Simulink、VHDL综合、VHDL仿真、FPGA实现的统一的库支持。使仿真验证与设计最大程度的简化。DSP Builder支持完全基于IP Core的设计。除了数字信号处理所需要的绝大多数的Core之外，还支持Altera公司的其它MegaCore，使设计更为容易。支持的MegaCore如下：FFT Compiler FIR Compiler IIR Compiler NCO Compiler Reed-Solomon Compiler Symbol Interleaver/Deinterleaver Viterbi Compiler,现代DSP设计技术-DSP Builder设计流程,系统设计、系统仿真Matlab/Simulink,将设计转换为HDLSignal Compiler,HDL逻辑综合Synplify/Leonardo Spectrum,FPGA实现Quartus II,现代DSP设计技术-Matlab/Simulink(1),Simulink,系统建模、仿真,现代DSP设计技术-Matlab/Simulink(2),系统仿真结果,现代DSP设计技术-Signal Compiler(1),Signal Compiler设计转换综合编译/布局布线,转换为VHDL,VHDL综合,Quartus II编译,现代DSP技术-Signal Compiler(2),Signal Compiler设计转换综合（后台调用）编译/布局布线（后台调用）,A.自动设计流程,基于FPGA的硬件DSP系统等设计流程,B.手动设计流程,1、MATLAB/Simulink建模,2、系统仿真,3、DSP Builder完成VHDL转换、综合、适配、下载,4、嵌入式逻辑分析仪实时测试（可显示 模拟波形）,1、MATLAB/Simulink建模,2、系统仿真,3、DSP Builder完成VHDL转换、综合、适配,5、QuartusII直接完成适配（进行优化设置）,4、Modelsim对TestBench功能仿真,6、QuartusII完成时序仿真,8、下载/配置,9、嵌入式逻辑分析仪实时测试（只能显示数字波形）,10、除去嵌入式逻辑分析仪后下载测试,12、设计完成,7、引脚锁定,11、对配置器件编程,现代DSP技术应用方向,应用MATLAB/DSP Builder/QuartusII和FPGA器件 可完成以下4方面的设计1、普通硬件系统开发。如：工业智能控制系统、电子信息模块等，网络高速加密/解密ASIC2、数字通信领域中绝大多数硬件电路开发。如：数字信号各类调制器、数字调制解调器、各类信号编解码器等3、超高速DSP模块开发。如：FIR、IIR、CIC等数字滤波器、FFT、图象或语音处理模块等4、基于Nios嵌入式CPU系统的硬件加速器开发。如：长数据位的硬件加法器，乘法器、协处理器、DSP模块、接口模块等,DE2板,谢谢大家！,