Xlinx FPGA的DSP设计工具和设计流程

因为手上有一块Xilinx的Spartan--3E开发板，前些日子陆陆续续学习了ISE的一般工程开发，熟悉了Xilinx ISE 10.x的软件操作和开发板的使用。近来没有事情，于是乎，又把那开发板拿出来把弄把弄，开始学习Xilinx的FPGA的DSP开发设计。在这里先介绍一下Xlinx FPGA的DSP设计工具和设计流程。

近年来，随着多媒体技术和无线通信技术的迅猛发展，信息技术领域对DSP应用的需求不断增长，传统的DSP处理器（现在用得最多的当属IT的DSP，种类多，功能强大，软件技术也很成熟）虽然时钟速率很高，当DSP处理器在运行时按指令顺序执行，因而资源利用率不高，数据的吞吐量较低，难以实现高速率，高复杂度的设计。而FPGA拥有大量可编程逻辑资源，比如专用的DSP块，乘法器、双端口RAM、LUT、寄存器和DCM等，同时配合嵌入式处理器，像Altera的NiosII核、Xilinx的MicroBlaze和PowerPC405等处理器软核或硬核，可以轻松实现高数据率的数字信号处理设计，而且性能原声与传统的DSP处理器，具有可裁剪，灵活性大等特点，正越来越被人们所重视。

使用FPGA进行DSP算法设计时，传统方式下，设计者首先要进行浮点数的算法验证和仿真，然后再将其转换为定点数程序；其次将定点数算法编写成HDL代码，通过反复的功能仿真，后仿真验证程序的正确性，最终生成比特流。Xilinx公司推出的系统建模工具System Generator简化了整个DSP设计流程。设计者只需要根据设计要求咱Simulink下进行系统建模，使用System Generator工具即可自动生成可执行比特流、测试文件等，去掉繁琐的仿真、对比和验证过程。由于提供了适合硬件设计的数字信号处理（DSP）建模环境，加速、简化了FPGA的DSP系统级硬件设计。

关于System Generator的下载和安装过程，我在此就不详细说明了，在google上搜索一下就能找到的。关于System Gnenrator的使用说明我在此向大家推荐一本很好的教材--《Xilinx ISE Design suite 10.x FPGA开发指南》（人民邮电出版社、田耕 胡彬 徐文波等著）我是在学校图书馆借到的这本书，写得很详细，相当不错。我写这篇文章的之前做的实验也是参考上面做的。下面我进入正题，具体介绍我在用SystemGenerator工具完成DSP设计后使用Xilinx ISE 10.x 调用Modelsim SE 6.5进行仿真验证时遇到的的若干问题及其解决方法。

下图为我设计的用Matlab Simulink工具设计DSP工程。
在用System Generator进行FPGA的DSP模块设计是以下几点值得特别注意：
①设计的的FPGA DSP模块的全局输入和输出数据（也就是在非Xilinx库提供的数据源或者数据显示、测量终端，比如下面设计中的Step信号源和Scope示波器等）必须经过Xilinx提供的Gateway In和Gateway OUT进行采样，进而得到FPGA内部能够处理的定点数。
②每个设计中至少要包含一个System Generator图标，因为它是联系MATLAB设计与Xilinx FPGA 硬件实现的主要桥梁，通过它可以实现FPGA实现属性的设置和修改，双击该图标会出现如图-2所示的对话框。
③由于在System Generator中进行设计是需要对外部数据进行采样，所以设计中各个Gateway In和Gateway Out模块都有一个采样周期和采样后所得定点数精度的设置，另外在整个系统也必须有一个系统采样设置，多数情况下就对应着FPGA实现设计是的全局时钟，其设置在 图-2中的Simulink System Clock（sec）。这里需要特别注意，系统设置必须是整个FPGA的最高时钟，而Gateway In和Gateway Out模块的采样周期都必须是它的整数倍，否则系统会报错，设计失败。

图-1我设计的用Matlab Simulink工具设计DSP工程

 

下图为System Generator的系统设置，请注意其中勾选了Create testbench选项，这样在点击Generator以后，系统才会自动生成勇于Modelsim仿真的测试文件，十分方便。

图-2 System Generator的系统设置

 

当一切设计好之后，点击图-2中的Generator按钮，系统就会自动调用ISE工具进行综合并产生所以需要的设计文件和仿真文件。
接下来，运行ISE，打开Open Project，将路径切换至MATLAB的work工作目录文件下找到netlist文件，进入就会看到一个已经生产的<工程名>_dcm_mcw.ise的ISE工程文件如图-3示，点击打开.

图-3 ISE工程文件