FPGA數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì)教程

內(nèi)容概要

本書主要介紹基于FPGA數(shù)字信號(hào)處理的設(shè)計(jì)流程，探討數(shù)字信號(hào)處理算法在FPGA中的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，重點(diǎn)講述基于System Generator的FPGA開發(fā)及其構(gòu)成模塊、圖形化工程設(shè)計(jì)流程及實(shí)現(xiàn)。本書立足于實(shí)踐，結(jié)合作者多年從事FPGA數(shù)字信號(hào)處理的設(shè)計(jì)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過大量設(shè)計(jì)實(shí)例詳細(xì)探討了數(shù)字信號(hào)處理算法在FPGA硬件開發(fā)中的詳細(xì)設(shè)計(jì)流程(光盤內(nèi)附詳細(xì)實(shí)例)。所有實(shí)例均在XILINX公司大學(xué)計(jì)劃Spartan-3E開發(fā)板上驗(yàn)證通過。    本書可作為使用XILINX產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的工程技術(shù)人員及項(xiàng)目管理人員等的參考書，也可作為有志于數(shù)字電路設(shè)計(jì)的高等院校高年級(jí)本科生和研究生的專業(yè)教材。

作者簡(jiǎn)介

　　紀(jì)志成，男，信息與控制工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。博士畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)。江南大學(xué)黨委常委，副校長(zhǎng)。兼任中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)應(yīng)用專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)系統(tǒng)仿真學(xué)會(huì)理事、江蘇省自動(dòng)化學(xué)會(huì)常務(wù)理事等職。長(zhǎng)期致力于電力電子與電氣傳動(dòng)、非線性控制技術(shù)的教學(xué)與研究工作，研究興趣以交流電機(jī)及微特電機(jī)作為被控對(duì)象，開展復(fù)雜非線性控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)、智能控制技術(shù)及其應(yīng)用等的研究與開發(fā)工作。主持國(guó)家“211工程”重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)子項(xiàng)目、教育部重點(diǎn)科研項(xiàng)目、教育部青年骨干教師資助項(xiàng)目、江蘇省高技術(shù)研究計(jì)劃項(xiàng)目等。在國(guó)內(nèi)外重要期刊發(fā)表論文70余篇，其中三大檢索20余篇。獲江蘇省教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)科技成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。

書籍目錄

第1章  FPGA硬件結(jié)構(gòu)  1.1  FPGA的可編程技術(shù)    1.1.1  基于SRAM的FPGA器件    1.1.2  反熔絲FPGA    1.1.3  基于Flash的FPGA  1.2  FPGA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)    1.2.1  可配置邏輯模塊（CLB）    1.2.2  可配置I/O模塊    1.2.3  塊存儲(chǔ)器（Block RAM）    1.2.4數(shù)字時(shí)鐘管理器（DCM）    1.2.5硬件乘法器模塊（Multiplier）  1.3  XILINX公司主流產(chǎn)品介紹與器件選擇    1.3.1  主流FPGA產(chǎn)品    1.3.2  器件的選擇  1.4  本章小結(jié)第2章  數(shù)字信號(hào)處理的基本知識(shí)  2.1  模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換和數(shù)字，模擬轉(zhuǎn)換    2.1.1  模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換    2.1.2  數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換  2.2  離散傅立葉變換（DFT）與快速傅立葉變換（FFT）    2.2.1  離散傅立葉變換    2.2.2  快速傅立葉變換  2.3  濾波器    2.3.1  無限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（IIR）    2.3.2  有限脈沖響應(yīng)數(shù)字濾波器（FFT）    2.3.3  IIR濾波器與FIR濾波器的比較  2.4  本章小結(jié)第3章  System Generator概述  3.1  軟件需求  3.2  軟件安裝  3.3  編譯XILINX硬件描述語(yǔ)言庫(kù)  3.4  FPGA器件需求  3.5  使用FPGA進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)  3.6  用System Generator進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)建模    3.6.1  MATLAB、Simulink和System Generator的運(yùn)行環(huán)境    3.6.2  一般流程    3.6.3  流程范例    3.6.4  幾個(gè)重要特點(diǎn)  3.7  本章小節(jié)第4章  Systom Generator庫(kù)的構(gòu)成  4.1  System Generator‘模塊定義  4.2  在Simulink模型中引用XILINX模塊  4.3  XILINX Blockset庫(kù)  4.4  XILINX Blockset庫(kù)  4.5  XILINX Reference Blockset庫(kù)  4.6  XILINX XtremeDSP.Kit庫(kù)  4.7  本章小結(jié)第5章  圖形化工程設(shè)計(jì)流程及實(shí)現(xiàn)  5.1  常規(guī)設(shè)計(jì)流程    5.1.1  使用硬件描述語(yǔ)言的FPGA開發(fā)流程    5.1.2  使用XILINX CORE Generator的FPGA開發(fā)流程  5.2  使用XILINX System Generator的FPGA開發(fā)流程  5.3  System Generator的重要功能    5.3.1  硬件描述語(yǔ)言協(xié)同仿真    5.3.2  硬件驗(yàn)證    5.3.3  系統(tǒng)在線調(diào)試    5.3.4  資源估計(jì)  5.4  本章小結(jié)第6章  應(yīng)用實(shí)例  6.1  數(shù)字振蕩器    6.1.1  用IIR濾波器實(shí)現(xiàn)振蕩器    6.1.2  用查表法實(shí)現(xiàn)數(shù)控振蕩器  6.2  有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器    6.2.1  標(biāo)準(zhǔn)FIR濾波器    6.2.2  標(biāo)準(zhǔn)FIR濾波器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)    6.2.3  轉(zhuǎn)置4抽頭FIR濾波器    6.2.4  轉(zhuǎn)置4抽頭的FIR濾波器的變換結(jié)構(gòu)    6.2.5  使用System Generator現(xiàn)有乘加FIR模塊  6.3  CORDIC算法的原理與運(yùn)用    6.3.1  CORDIC算法介紹    6.3.2  CORDIC算法的運(yùn)用  6.4  時(shí)延數(shù)字正切鎖相環(huán)    6.4.1  零階時(shí)延數(shù)字正切鎖相環(huán)    6.4.2  一階時(shí)延數(shù)字正切鎖相環(huán)  6.5  本章小結(jié)附錄  光盤內(nèi)容樹狀圖參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章 FPGA硬件結(jié)構(gòu)　　FPGA（Field Programmable Gate Array）是一類高集成度的可編程邏輯器件，起源于美國(guó)的XILINX公司，該公司于1985年推出了世界上第一塊FPGA芯片。在這二十多年的發(fā)展過程中，F(xiàn)PGA的硬件體系結(jié)構(gòu)和軟件開發(fā)工具都在不斷地完善且日趨成熟。從最初的1200個(gè)可用門，到20世紀(jì)90年代時(shí)幾十萬個(gè)可用門，到目前數(shù)百萬門至上千萬門的單片F(xiàn)PGA芯片，XILINX、Altera等世界FPGA頂級(jí)廠商已經(jīng)將FPGA器件的集成度提高到一個(gè)新的水平。FPGA技術(shù)結(jié)合了微電子技術(shù)、電路技術(shù)、EDA技術(shù)，使設(shè)計(jì)者可以集中精力進(jìn)行所需邏輯功能的設(shè)計(jì)。與專用集成電路ASIC（Application Specific Integrated Circuit）相比，F(xiàn)PGA具有靈活性高、設(shè)計(jì)周期短、成本低、風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)勢(shì)，因而得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)和FPGA相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)也迅速發(fā)展起來?！　PGA是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列的簡(jiǎn)稱。之所以賦予這個(gè)名字，一方面是因?yàn)镕PGA可以用編寫代碼的方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯電路，另一方面是因?yàn)槠鋬?nèi)部是由規(guī)則的邏輯陣列所組成的，非常類似一個(gè)由邏輯門構(gòu)成的陣列，而且這種結(jié)構(gòu)很適合實(shí)現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計(jì)并可重復(fù)編程?！　∮密浖幊痰乃枷雽?shí)現(xiàn)復(fù)雜硬件邏輯設(shè)計(jì)是FPGA的一大特點(diǎn)。FPGA如何能做到通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)硬件邏輯電路的呢?本章將通過簡(jiǎn)單介紹FPGA內(nèi)部結(jié)構(gòu)使讀者能夠初步理解FPGA可編程的基本原理?！　?.1 FpGA的可編程技術(shù)　　目前，市場(chǎng)上有三種基本的FPGA編程技術(shù)：SRAM、反熔絲和Flash。其中，基于SRAM的FPGA是迄今為止應(yīng)用范圍最廣的架構(gòu)，主要因?yàn)樗俣瓤烨揖哂锌芍鼐幊棠芰Γ环慈劢zFPGA只具有一次可編程（One Time Programmable，OTP）能力；基于Flash的FPGA是FPGA領(lǐng)域中比較新的技術(shù)，也具有重編程的能力。另外，基于SRAM的FPGA器件經(jīng)常帶來一些額外的成本，包括啟動(dòng)PROM支持安全和保密應(yīng)用的備用電池等?；诜慈劢z和Flash的FPGA沒有這些隱含成本，因此可保證有較低的總系統(tǒng)成本。

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