如何用 DSP 和 FPGA 构建多普勒测量系统

liyf

  
         
    随着FPGA性能和容量的改进，使用FPGA执行DSP功能的做法变得越来越普遍。
许多情况下，可在同一应用中同时使用处理器和FPGA，采用协处理架构，让FPGA执行预处理或后处理操作，以加快处理速度。


传统上，大量的应用设计使用专门的数字信号处理(DSP)芯片或专用标准产品(ASSP)并通过信号处理算法来处理数字信息，滤波、视频处理、编码与解码、以及音频处理等仅仅是众多采用 DSP 的应用中的一部分而已。


现在，随着FPGA性能和容量的改进，以及可以在大多数DSP应用中看到的通用算术运算的效率的提高，使用FPGA执行DSP功能的做法变得越来越普遍。
在许多情况下，同一应用中同时使用处理器和FPGA，采用协处理架构，让FPGA执行预处理或后处理操作，以加快处理速度。


显示此种趋势的应用之一是多普勒测量系统，它可以测量固体或液体在各种环境中流动的速度。
从管道中流动的油，到人的心脏中流动的血液，相对于以前的方法，基于多普勒测量原理的非侵入式测量方法可以极大地降低风险，减少成本和提高精度。
一般来说，这些系统都是采用 DSP技术，将FPGA和如TI公司提供的固定功能DSP器件之类结合起来使用。

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图1：电子束聚集技术。[/td][/tr]
  
         
   

在FPGA的内部有一个MicroBlaze软核，控制着测量过程，从而实现高层次的功能，如扫描、初始化、测试，以及诊断等。

DSP读取和存储FPGA执行操作的结果。一旦完成一系列扫描，处理器就可以构建出一幅针对扫描区域的数字图像。可以为不同的速度分配不同的颜色(按照线性、对数或任何其他比例)，并将数字图像转换成视频图像，在图形终端上实时显示或记录下来留待以后回放。利用众多可以得到的软件或工具包中的一个，还可以在处理器中轻松实现到JPEG或其他视频格式的转换， 还可以采用其他系统分割进行实验。如果实时视频处理和存储占用了处理器过多带宽，可以将算法的一部分(比如扫描数据的预处理)放在FPGA中来执行。

测量过程的另一个重要部分是确定目标的质量。可以通过测量从焦点返回探测器的能量大小来实现这一功能。返回的能量越多，则目标越大(一般而言)。当测量的目标具有固定连贯性时(如在管道中流动的油或其他液体)，这种测量效果特别好，但当系统中存在各种不同质量或反射时，测量就很困难了。

显然，对被测系统多些了解可以为测量过程提供一些线索。通过存储与返回信号的幅度相对应的数字值，可以为FPGA协处理器增加能量测量功能。该值也是经过了FPGA的延迟。

作为选择，JPEG处理可以作为一项独立的功能通过FPGA来执行，从而使处理器留出更多时间进行数据预处理器。有许多选项可供选择，但提供一种能够快速实现不同分割的易用平台才是至为重要的。

类似的以协处理为本的应用可以从硬件开发平台的使用中获得好处。利用硬件平台可以让您轻松实验各种系统和算法分割--将一些功能在FPGA 中实现，而另一些功能放在DSP中。DSP应用程序一般很难用软件进行仿真，因此快速创建硬件/固件/软件平台的能力可以极大地缩短开发时间。使用赛灵思工具套件中的协仿真工具，通过The MathWorks Simulink和目标硬件进行开发，是一种可以大大缩短设计时间的技巧。
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图3：示例系统框图。[/td][/tr]

卓蔼霖

好多啊，哈哈，谢谢您