用户只要把最后生成的配置数据通过下载电缆下载到芯片中,即完成了所有的工作。
Quartus II是Altera公司在2001年推出的第四代开发工具,是一个集成化的多平台设计环境,能够直接满足特定的设计需要,在FPGA和CPLD设计各个阶段都提供了工具支持,并为可编程片上系统(SOPC)提供全面的设计环境,是一个系统级的高效的EDA设计工具。而且,随着器件结构和性能的不断提高,器件集成度的不断扩大,Altera始终能够同步推出与之相适应的开发工具,满足了设计者的要求,近年来一直保持这一年一个新版本的更新进度。
Altera公司的Quartus II软件是一种集编辑,编译,综合,布局布线,仿真与器件编程于一体的集成设计环境。Quartus II软件支持基于VHDL与Verilog HDL等硬件描述语言的设计和基于图形的设计,内部嵌有VHDL和Verilong HDL的逻辑综合器,也支持利用第三方的综合工具进行逻辑综合。进行设计仿真时,既可以利用Quartus II软件自己的仿真工具,也可以利用如ModelSim等第三方仿真工具。Quartus II软件除了进行基于FPGA的一般的数字系统开发外。还可以与MATLAB和DSP Builder结合,进行基于FPGA的DSP系统开发;使用内嵌的SOPC Builder设计工具,配合Nios II IDE集成开发环境,进行基于Nios II软核处理器的嵌入式系统开发。
Quartus II软件的设计流程遵循典型的FPGA设计流程,包括设计输入,综合,布局布线,时序分析,仿真验证,编程配置等设计步骤,以及与布局布线有关的功耗分析,调试,工程更改管理,与时序分析和仿真验证有关的时序逼近。
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第2章 FIR数字滤波器的理论研究及分析
2.1 数字滤波器的理论基础
数字滤波器是通过对数字信号的运算处理,改变信号频谱,完成滤波作用的算法或装置。数字滤波器由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置。数字滤波器的功能是对输入离散信号的数字代码进行运算处理,以达到改变信号频谱的目的。
数字滤波器一词出现在60年代中期。由于电子计算机技术和大规模集成电路的发展,数字滤波器已可用计算机软件实现,也可用大规模集成数字硬件实时实现。
数字滤波器是一个离散时间系统(按预定的算法,将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置)。应用数字滤波器处理模拟信号时,首先须对输入模拟信号进行限带、抽样和模数转换。数字滤波器输入信号的抽样率应大于被处理信号带宽的两倍,其频率响应具有以抽样频率为间隔的周期重复特性,且以折叠频率即1/2抽样频率点呈镜像对称。为得到模拟信号,数字滤波器处理的输出数字信号须经数模转换、平滑。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。
数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。应用最广的是线性、时不变数字滤波器,以及FIR滤波器。
2.2 数字滤波器的分类
数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。应用最广的是线性、时不变数字滤波器,以及FIR滤波器。
FIR滤波器:有限长单位冲激响应滤波器,是数字信号处理系统中最基本的元件,它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性,同时其单位
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抽样响应是有限长的,因而滤波器是稳定的系统。
鉴于IIR数字滤波器最大缺点:不易做成线性相位,而现代图像、语声、数据通信对线性相位的要求是普遍的。因此,FIR滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。
2.3 FIR数字滤波器的设计方法
FIR滤波器设计方法以直接逼近所需离散时间系统的频率响应为基础。设计方法过去主要包括窗函数法和最优化方法(等同波纹法)。本文主要采用模块法。
在本次设计过程中,运用的是Altera公司的Quartus II软件中的一款DSP Builder设计工具,与MATLAB相结合,利用MATLAB中自带的滤波器模块与DSP Builder中所包含的FPGA模块构建FIR数字滤波器,并在Simulink中实现仿真。
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第3章 FPGA DSP系统设计分析
3.1 DSP的基本概念
数字信号处理(DSP)技术的迅速发展,已经广泛应用于3G通信,网络会议,多媒体系统,雷达声纳,医学仪器,实时图像识别以及民用电器等,而且所有这一切在功能实现,性能指标与成本方面都在不断增加其要求。
数字信号处理与模拟信号处理相比有许多优点,如相对于温度和工艺的变化,数字信号要比模拟信号更稳健,在数字表示中可以改变信号的字长来更好的控制精度,与模拟信号中信号和噪声同时被放大不同,DSP技术可以在放大信号的同时将噪声和干扰去除,数字信号还可以不带误差的被存储和恢复,发送和接收,处理和操控。
由于DSP与其他通用计算机技术互相区别的两个重要特性是实时流量要求和数据驱动特性。与通用计算机技术先在缓存器存储数据再按批作业处理不同,DSP的硬件实现应该首先满足实时处理的流量约束的要求,从信号源周期地接受新的输入采样必须即时进行处理。但是,一旦硬件达到所要求的采样率,就没有必要提高计算的执行速度了。
在DSP系统中,一旦所有的输入数据有效,就可以执行任何的处理任务或计算,在这个意义上,这些系统由数据流同步,而不是由系统的时钟同步,这使得DSP系统可以利用没有全局时钟要求的异步电路,DSP算法由对一个无限时间序列重复地执行相同代码不终止的程序来描述。
在处理或计算中,全部算法执行一次称为一个迭代。迭代周期是执行算法的一个迭代要求的时间,它的倒数是迭代率。DSP系统根据每秒处理的采样率,用采样率来表征,也称为流量。
在进行计算的组合逻辑电路中,从输入到输出的最长路径定义为关键通道。此时一个路径的长度正比于它的计算时间。DSP系统通常是利用时序电路来实现
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