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Stratix器件中的DSP块

FPGA正在成实现高性能数字信号处理(DSP)应用的强大工具。FPGA能够支持大量的并行乘法器,比其它实现方案性能更佳。Stratix™器件的DSP块是为如下应用而优化的高性能嵌入式DSP单元:

  • Rake接收机
  • VoIP网关
  • 正交频分复用(OFDM)收发器
  • 图像处理应用
  • 多媒体娱乐系统(见图1)

DSP块消除了DSP应用的瓶颈,提供了可预测和可靠的性能,这样不必牺牲性能就可以节省资源。Altera® Stratix器件使用DSP块实现大计算量应用所需的大数据吞吐量。实际上在333MHz速度下,Stratix 器件中DSP块的数据吞吐量可达到每个DSP块2.67GMACS,并且布线阻塞最小。另外,最大容量Stratix器件――EP1S80器件中有22个DSP块,能够实现高达58.6GMAC的吞吐量,是现今最先进数字信号处理器的10倍。

图1. 用于乘法应用的Stratix DSP块

图1. 用于乘法应用的Stratix DSP块

DSP块结构

Stratix DSP由硬件乘法器加法器减法器累加器和流水线寄存器组成。Stratix DSP块以专用电路提供最优异的性能,如图2所示。专用电路集成了优化的嵌入乘法器,实现了DSP块最大的性能。

图2. DSP块

图2. DSP块

每个DSP块为高达333MSPS(每秒兆样值)的最大性能进行了优化,能够高效地实现高精度的DSP功能。例如,图3中的180阶5MSPS FIR滤波器可以用外部加-累加电路在单个DSP块中实现,如图4所示。而且,这些DSP块优化后可以和Stratix器件中的专用存储结构接口,实现大存储量的DSP应用。

图3. 180阶FIR滤波器电路

图3. 180阶FIR滤波器电路

图4. 单DSP实现

图4. 单DSP实现

乘法器

Stratix 器件中的每个DSP块能够用专用乘法电路实现四个18×18位乘法。每个DSP块也能够根据不同的应用,在Quartus®  II软件中选用合适的DSP块工作模式,配置为八个9×9位乘法或一个36×36位乘法。当DSP块配置为36×36模式时,它也可以进行浮点运算。

专用乘法电路支持有符号和无符号乘法操作,能够在不损失精度情况下在二者之间切换。

加法器/减法器/累加器单元

加法器/减法器/累加器单元可以根据工作模式配置为一个加法器、一个减法器或一个累加器。这个单元能够自动地在加法器和减法器功能之间切换,根据需求配置为9位、18位或36位加法器。在累加器模式下,该单元可以作为52位累加器。

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