基于DSP和FPGA的高性能信号处理系统的研究与实现

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随着通信和图像等算法复杂度的增加,传统的单DSP信号处理平台已经无法满足应用要求,正在逐步被多DSP加FPGA架构的信号处理平台取代。多DSP系统通过将复杂的数据处理算法合理拆分并采用分片并行处理的方法提高系统的运算性能。FPGA为多处理器系统的互连提供了高性能的解决方案,可以实现充足的数据传输带宽。   本文的主要任务是研究并实现一款基于多DSP和FPGA架构的通用高性能实时信号处理系统。该系统的特点在于它不仅具有优秀的处理性能,还拥有优秀的数据传输能力,同时还有广泛的通用性和深度的可扩展性。   为了满足上述要求,作者提出的系统架构有以下几个特点:   ①使用核心板和底板的机械结构,核心板集成系统的主要器件,包括DSP和FPGA;底板作为接口拓展板。   ②使用两片ADSP-TS201浮点DSP构成系统处理核心,并辅以Virtex-5 FPGA解决高速数据传输通道的瓶颈问题。   ③两片ADSP-TS201和Virtex-5 FPGA使用混合耦合方式(簇总线耦合方式和链路口耦合方式)。   ④底板使用符合工业标准的CPCI作为外部接口,提供优秀的电器连接性和机械连接性。接口信号包括PCI总线、PCI Express总线、Serial RapidIO和LVDS传输链路。   在文中,作者给出了系统硬件电路原理图的设计方案,包括ADSP-TS201、Virtex-5 FPGA外围电路的设计和系统供电方案的设计。论文还对电路板PCB的设计进行了深入的讨论。   此外,论文给出了FPGA逻辑设计方案。FPGA在整个系统中占有重要作用,各种高速接口都使用FPGA实现,包括:PCI总线、PCI Express总线、Link Port接口、DDR2 SDRAM接口。   最后论文还讨论了系统的测试方法并分析了测试结果,包括使用高性能测试仪器测试硬件电路和使用上位机驱动软件测试PCI Express总线的数据吞吐速率。
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