FPGA即现场可编程门阵列,用户不需要投片生产,只需对FPGA进行外部配置即可得到合用的芯片。FPGA适用于高速采样频率、高数据率的场合,如数据采集和接口领域等。目前国产FPGA的发展还处于初级阶段,普遍不含有专用的数字信号处理模块,所以运算速度较慢。基于上述原因,本文以一款嵌入FPGA的DSP模块为例,研究了DSP在嵌入FPGA后的多种常见应用。DSP是一种独特的微处理器,是以数字信号来处理大量信息的微处理器,适用于较低采样速率下多条件进程、特别是复杂的多算法任务,主要用于数据、语音、视像信号的高速数学运算和实时处理方面。将一些能实现数字信号处理功能的DSP模块嵌入到FPGA芯片的结构是数字电路设计的一大趋势,FPGA主要对高速数据进行预处理,降低数据的速率,然后将数据送给DSP,去实现复杂的算法。这种改进的DSP模块成本低、性能高,典型应用为FIR滤波功能、FFT快速傅里叶变换功能、卷积等功能。本文的主要工作、研究方法和研究成果包括:(1)分析嵌入FPGA的DSP的参数及特征,针对课题的具体要求确定系统的设计任务和设计原则,提出系统总体设计方案,并将系统划分为不同的模块,包括IR(Input Register)、MULT(乘法器)、PR(Pipeline Register)、OR(Output Register)、ALU等模块设计。其中,IR负责对输入数据进行采集,频率与系统频率相等甚至更高。将采集到的数据可以送入乘法器模块进行乘法操作,包括有符号数及无符号数的相应操作,一个乘法器模块可实现一个9*9或18*18运算;也可以送入ALU模块进行算术逻辑操作,包括加减或逻辑运算。若想实现更大宽度的乘法操作,则可将多片DSP级联,并利用每一级的ALU将各级DSP的乘法结果进行累加即可实现。(2)使用Virtuoso对硬件电路各模块进行设计,使用Hspice或XA对各模块进行功能仿真,使用VCS对整体电路进行功能验证,并使用Hspice或XA对电路进行性能仿真。验证结果表明本设计可实现FPGA所常用的多种数字信号处理功能,包括有符号数(或无符号数)的乘法、加(或减)法、乘累加等,运算频率可达600Mhz。