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Stratix II器件中的DSP块

Stratix II器件提供了诸如数字信号处理(DSP)功能块、TriMatrix™存储器和自适应逻辑模块(ALM)等特性,它们为高性能DSP应用进行了优化。Stratix II是以下应用的理想选择:

  • 图像处理
  • 无线
  • 军事
  • 广播
  • 医疗

DSP块结合TriMatrix和ALM,能够高效地实现DSP算法,如滤波压缩、码片处理、均衡、数字中频(IF)、变换调制

Stratix II DSP块能够运行在370MHz上,具有非常高的DSP吞吐量(多达284GMACS),比目前先进DSP处理器高几个数量级。使用DSP块,Stratix II FPGA能够很容易地满足新兴标准和协议如JPEG 2000、MPEG-4、802.11x、CDMA2000、1x EV DV、HSDPA和W-CDMA对DSP吞吐量的需求。见表1。

表1. 能用DSP块实现的DSP应用
应用 军事应用 图像处理 通信
雷达 广播和医疗 无线
算法和功能
  • 滤波
  • 变换
  • 调制
  • 滤波
  • 压缩
  • 大小调整
  • 码片处理
  • 均衡
  • 数字IF
  • SDR
标准和协议 -
  • JPEG 2000
  • MPEG-4
  • HSDPA
  • CDMA 2000, 1x EV DV

DSP块详解

DSP块架构是为实现多种最大性能和最小逻辑资源利用率的DSP功能而优化的。每个DSP块提供了乘法器、加法器、减法器、累加器和求和单元,这些都是一般DSP算法中常用的功能。图1是DSP块的架构。

图1. DSP块架构

图1. DSP块架构

每个DSP块能支持不同的乘法器比特大小(9×9、18×18、36×36)和操作模式(乘法、复数乘法、乘累加和乘加),每个DSP块提供了2.8 GMACS的DSP吞吐量。最大Stratix II器件EP2S180器件有96个DSP块,提供了284 GMACS的吞吐量,能支持384个18×18乘法器。Stratix II器件的吞吐量比现今市场上单芯片DSP处理器高几个数量级。

此外,DSP块增加了新的舍入和饱和支持,便于将DSP固件代码导入FPGA。一些应用如话音处理,由于存放数据的存储缓冲是固定宽度,可以使用舍入和饱和。早些时候,数字信号处理器设计者使用定点数字,FPGA必须修改设计以适应舍入和饱和。采用支持舍入和饱和的DSP块,现在更容易将基于DSP处理器的设计导入到FPGA实现中。

最新的Quartus® II软件为将信号处理算法映射到Stratix II DSP块架构进行了进一步的优化。

有关DSP块特性的详情,请参阅Stratix II数据手册

使用Stratix II FPGA进行DSP协处理

Stratix II FPGA能用来实现完整的DSP系统,获得很高的DSP吞吐量。它们也可以作为DSP应用中的FPGA协处理器,加快要求苛刻的DSP功能的性能――否则这些功能会占用大量的主处理器的处理能力,降低整个系统的性能。基于Stratix II FPGA的协处理器将为主处理器分担如Turbo译码、回音抵消、多用户检测和相关器等复杂计算,能够提升整个系统的性能。

Altera为设计者提供了各种支持服务、工具和开发平台,来实现Stratix II FPGA中的DSP设计。用户定义的FPGA协处理器可以用DSP Builder快速地进行开发,这是Altera基于MathWorks业界领先的MATLAB和Simulink工具的数据流架构开发工具。一旦协处理器架构建立之后,它会自动实现到Altera的FPGA中,或导出到Altera的SOPC Builder系统开发工具中,进一步集成到整个系统架构中。

Altera还提供了DSP开发包,在设计的原型阶段在硬件上验证DSP系统。

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