下载文档原格式
基于FPGA的数字信号处理系统设计数字信号处理（Digital Signal Processing, DSP）是一种利用计算机或数字电子设备对模拟信号进行采样、量化、编码、处理以及还原的技术，它在实际应用中起到了至关重要的作用。
为了满足实时性、高性能和低功耗等要求，基于现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）的数字信号处理系统开始逐渐流行。
一、引言近年来，随着通信技术和信号处理领域的快速发展，人们对于数字信号处理系统的性能要求越来越高。
传统的通信设备采用的是固定功能的专门硬件电路，难以满足不断变化的信号处理需求。
而FPGA作为一种灵活可编程的集成电路，其具备可实现硬件功能的能力，从而使得DSP系统能够灵活地适应不同的信号处理算法与应用。
二、FPGA架构和特性FPGA使用基于通用逻辑门的可编程逻辑技术进行设计，其架构主要由逻辑单元（Look-Up Table, LUT）、寄存器、多路器、存储单元以及全局时钟网络等组成。
这些特性使得FPGA具备了以下几个优势：1. 灵活性：FPGA可以根据应用需求灵活配置硬件，实现不同的功能，满足不同的信号处理算法要求。
2. 可重构性：FPGA支持在线重编程，即可以通过配置文件的更新来改变电路的功能，方便快捷。
3. 并行处理能力：FPGA拥有大量的逻辑单元和寄存器，可以同时处理多个数据。
这在实时性要求较高的信号处理领域非常有优势。
4. 低功耗：相比于传统的固定功能电路，FPGA在处理相同任务时的功耗更低，有利于降低系统整体的功耗消耗。
三、基于FPGA的数字信号处理系统设计基于FPGA的数字信号处理系统设计主要包括以下几个方面的内容：1. 系统设计与分析：首先，需要对信号处理的要求进行分析，确定系统的功能与性能指标。
然后，基于这些要求，进行系统的整体架构设计，包括硬件与软件部分的分配、接口定义以及模块划分等。
2. 信号采集与预处理：系统中的信号可能是模拟信号，需要通过模数转换器（Analog-to-Digital Converter, ADC）将模拟信号转换为数字信号。
1，DSP+FPGA 实时信号处理系统2，FPGA+DSP实时三维图像信息处理系统3，采用FPGA+DSP结构的多通道高速数据采集与实时图像处理系统的设计与实现方案4，基于DSP与FPGA的蓝牙数据采集系统设计5，基于DSP和FPGA的通用图像处理平台设计6，基于FPGA+DSP的实时图像处理系统设计与实现7，基于DSP的实时图像目标搜索与跟踪系统设计1，DSP+FPGA 实时信号处理系统实时信号处理系统要求必须具有处理大数据量的能力，以保证系统的实时性；其次对系统的体积、功耗、稳定性等也有较严格的要求。
实时信号处理算法中经常用到对图象的求和、求差运算，二维梯度运算，图象分割及区域特征提取等不同层次、不同种类的处理。
其中有的运算本身结构比较简单，但是数据量大，计算速度要求高；有些处理对速度并没有特殊的要求，但计算方式和控制结构比较复杂，难以用纯硬件实现。
因此，实时信号处理系统是对运算速度要求高、运算种类多的综合性信息处理系统。
１信号处理系统的类型与常用处理机结构根据信号处理系统在构成、处理能力以及计算问题到硬件结构映射方法的不同，将现代信号处理系统分为三大类：·指令集结构（ＩＳＡ）系统。
在由各种微处理器、ＤＳＰ处理器或专用指令集处理器等组成的信号处理系统中，都需要通过系统中的处理器所提供的指令系统（或微代码）来描述各种算法，并在指令部件的控制下完成对各种可计算问题的求解。
·硬连线结构系统。
主要是指由专用集成电路（ＡＳＩＣ）构成的系统，其基本特征是功能固定、通常用于完成特定的算法，这种系统适合于实现功能固定和数据结构明确的计算问题。
不足之处主要在于：设计周期长、成本高，且没有可编程性，可扩展性差。
·可重构系统。
基本特征是系统中有一个或多个可重构器件（如ＦＰＧＡ），可重构处理器之间或可重构处理器与ＩＳＡ结构处理器之间通过互连结构构成一个完整的计算系统。
从系统信号处理系统的构成方式来看，常用的处理机结构有下面几种：单指令流单数据流（ＳＩＳＤ）、单指令流多数据流（ＳＩＭＤ）、多指令流多数据流（ＭＩＭＤ）。
1. DSP的特点DSP作为可编程超大规模集成电路(VLSD)器件，是通过可下载的软件或固件来实现扩展算法和数字信号处理功能的，其最典型的用途是实现数字图像处理算法。
在硬件上，DSP最基本的构造单元是被称为MAC的乘加器。
它通常被集成在数据通道中，这使得指令周期时间可以跟硬件的算术周期时间相同。
DSP芯片丰富的片内资源，大容量的SRAM作为系统的高速缓存，高达64位的数据总线使系统具有很高带宽等。
在片外支持大容量存储器，图像处理中往往有大量数据需要处理，这就要求系统具有大容量的存储器，实时处理图像时要求存储器有很高的存取速度，在这一点上DSP实现了与目前流行的SDRAM、SBSRAM等高速大容量存储器的无缝连接，同时还支持SRAM、FIFO 等各种类型的存储器。
为满足便携式器件无电保存数据的要求，DSP芯片还提供了诸闪速存储器、铁电存储器等的无缝接口。
当前，大多数的DSP芯片采用改进的哈佛结构，即数据总线和地址总线相互分离，使得处理指令和数据可以同时进行，提高了处理效率。
另外还采用了流水线技术，将取指、取操作数、执指等步骤的指令时间可以重叠起来，大大提高运算速度。
1.1. 修正的哈佛结构DSP芯片采用修正的哈佛结构(Havardstructure)，其特点是：1) 程序和数据具有独立的存储空间、程序总线和数据总线，非常适合实时的数字信号处理。
2) 同时，这种结构使指令存储在高速缓存器中(Cache)，节约了从存储器中读取指令的时间，提高了运行速度。
1.2. 专用的乘法器一般的算术逻辑单元ALU(Arithmetic and Logic Unit)的乘法(或除法)运算由加法和移位实现，运算速度较慢。
DSP设置了专用的硬件乘法器、多数能在半个指令周期内完成乘法运算，速度已达每秒数千万次乃至数十亿次定点运算或浮点运算，非常适用于高度密集、重复运算及大数据流量的信号处理。
1.3. 特殊的指令设置DSP在指令系统中设置了“循环寻址”(Circular addressing)及“位倒序”(bit—reversed)等特殊指令，使寻址、排序及运算速度大大提高。
基于FPGA的数字信号处理算法实现与优化数字信号处理（DSP）是一种通过数字计算器对模拟信号进行处理和转换的技术。
在现代通信、音频处理、图像处理、雷达与声呐等领域中，数字信号处理技术得到了广泛的应用。
为了实现高效的数字信号处理，采用FPGA（Field Programmable Gate Array）作为实现平台是一个不错的选择。
本文将探讨基于FPGA的数字信号处理算法的实现与优化。
一、FPGA概述FPGA是一种可编程的逻辑集成电路，由大量可编程逻辑单元（PLU）和大量的内部互联资源构成。
FPGA具有灵活性高、计算密度高、功耗低等优点，因此在数字信号处理领域中得到了广泛应用。
FPGA的可编程性使得它可以灵活地实现各种数字信号处理算法，并可以根据需求对算法进行优化。
二、数字信号处理算法数字信号处理算法包括一系列数学运算和数字滤波器的设计。
常见的数字信号处理算法包括傅里叶变换、滤波、降噪等。
在FPGA上实现数字信号处理算法需要考虑算法的复杂度、延迟和功耗等因素。
将算法转化为硬件描述语言（HDL）可以使得算法在FPGA上运行更高效，且可以通过优化来提高性能。
三、FPGA中数字信号处理算法的实现在FPGA中实现数字信号处理算法需要将算法转化为硬件描述语言，例如VHDL或Verilog。
首先需要对算法进行建模和仿真验证，然后根据算法的复杂度和性能需求进行优化。
通过对算法进行划分和并行化，可以提高算法在FPGA上的运行速度。
此外，还可以采用硬件加速器、数据存储优化等手段来提高算法的效率。
四、优化策略在FPGA中实现数字信号处理算法时，有一些常用的优化策略可以提高算法的性能。
首先是流水线技术，将算法划分为多个阶段并行执行，可以提高系统的运行速度。
其次是定点化运算，使用定点数表示浮点数可以节省资源和功耗。
另外，还可以采用复杂度折中的方法，通过减少部分计算以降低算法复杂度。
五、案例研究以图像处理为例，实现数字信号处理算法的优化。
试论FPGA技术在电子设计中的运用作者：侯李军来源：《消费电子·理论版》2013年第06期摘要：FPGA（现场可编程门阵）在数字信号处理系统及电子设计自动化中的运用越来越广泛了。
FPGA是基于PAL、GAL、PLD等逻辑编程系统发展起来的一种综合性的可编程器件。
其自07年开始投入市场以来，在电子设计中的运用是极为广泛和深入的，在电子设计领域担任着各级设计基础的重要角色。
关键词：现场可编程门阵列（FPGA）；电子设计；可编程片上系统中图分类号：TN409 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 12-0000-01FPGA即现场可编程门阵，是一种半定制专用集成电路（ASIC），这个可编程器件的研发主要是为了解决ASIC的不足和PLD电路数的缺点。
其包含了可配置逻辑模块、输出输入模块和内部连线三个部分。
由于其新的特点和高的运用价值，所以在电子设计中得到了十分广泛的运用。
本文就基于FPGA的一些特点结合电子设计的运用进行探讨，得出FPGA在电子设计中的运用方面的结论。
一、FPGA的简介和特点FPGA是以可编程阵列逻辑、通用阵逻辑、可编程逻辑器件为基础发展起来的，从简单的接口电路设计到复杂的状态机，甚至系统级芯FPGA都扮演着十分重要的角色。
其主要的特色就是现场可编程序性，这一点运用到电子设计中，可以灵活地进行控制，缩短产品上市的时间。
其采用了逻辑单元阵列的概念，与传统的编辑电路和门列阵相对比而言，FPGA具有不同的结构，它运用的是小型的查找表实现了组合逻辑的编辑，每一个表对应一个D触发器，而这个触发器正好驱动相匹配的I/O，这样的组合模式正好完成了既可实现组合编辑又可以进行时序编辑的功能，这些每一个相邻模块运用金属线连接。
通过内部静态存储单元和编程数据，实现逻辑编辑的功能。
FPGA的特点：（1）FPGA特有的可编程片上的特点，就是指设计专用的集成电路的时候，用户不需要投片生产，可直接合成芯片；（2）FPGA以其可由简单接口到复杂接口的设计特点可以作为全定制或者半定制的专用集成电路的中试样片；（3）就其特殊的结构而言，其内部含有极为丰富的触发器和I/O引脚；（4）设计周期短，开发费用低，风险小。
FPGA构建高性能DSP在数据通信和图像处理这样的应用中,需要强大的处理能力。
当最快的数字信号处理器（DSP）仍无法达到速度要求时,唯一的选择是增加处理器的数目,或采用客户定制的门阵列产品。
现在,设计人员有了新的选择,可采用现场可编程门阵列(FPGA)来快速经济地完成设计。
采用现场可编程器件不仅缩短了产品上市时间,还可满足现在和下一代便携式设计所需要的成本、性能、尺寸等方面的要求,并提供系统级支持。
FPGA的方案选择幸运的是,需要高性能DSP功能的便携式设备设计者还有其它选择。
最近FPGA开始达到了应用所要求的成本竞争力。
优选的FPGA方案可用来处理计算量繁重的高端DSP算法,同时还可为设计提供可编程逻辑解决方案所固有的灵活性特点,以及定制门阵列(如ASIC）解决方案所具有的高性能及集成度。
增强DSP处理能力的传统方法是采用多个处理器。
选择此类方案的缺点是成本昂贵,需要众多附加部件,并且功耗很大。
此外,开发和调试多处理器软件通常会大大延迟产品上市时间。
定制门阵列或标准单元方案可以提供所需的强大DSP处理能力,然而,这种方案是以损失灵活性为代价的,并需要相当的工程化投资。
由于他们不可重新编程,固定逻辑器件在发生错误时很难补救,也不容易对解决方案进行优化。
因此,定制方案的成本、风险以及所需要的开发时间,对许多应用来说都是无法接受的。
FPGA与传统逻辑电路和门阵列具有不同的结构,FPGA利用小型查找表（16×1 RAM)来实现组合逻辑。
每个查找表连接到一个D触发器的输入器,触发器再来驱动其它逻辑,或驱动I/O。
这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。
FPGA的逻辑是通过向内部静态存储器单元加载配置数据来实现的。
存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及模块间或与I/O间的连接,并最终决定了FPGA实现的功能。
FPGA的这种结构允许无限次的重新编程。
FPGA还具有可扩展的优点,FPGA本身复杂性的提高远远超过最终产品要求的复杂性。
白皮书：Versal ACAPWP505 (v1.0) 2018 年 10 月 2日Versal:首款自适应计算加速平台 (ACAP)正式推出 Versal ACAP ，一个完全支持软件编程的异构计算平台，将标量引擎、自适应引擎和智能引擎相结合，实现显著的性能提升，其速度超过当前最高速的 FPGA 20 倍、比当今最快的 CPU 实现快 100 倍，该平台面向数据中心、有线网络、5G 无线和汽车驾驶辅助应用。
© Copyright 2018 年赛灵思公司版权所有。
Xilinx 、赛灵思标识、Artix 、ISE 、Kintex 、Spartan 、Virtex 、Vivado 、Zynq 及本文提到的其它指定品牌均为赛灵思在美国及其它国家的商标。
“PCI ”、“PCIe ”和“PCI Express ”均为 PCI-SIG 拥有的商标，且经授权使用。
AMBA 、AMBA Designer 、ARM 、ARM1176JZ-S 、CoreSight 、Cortex 、PrimeCell 均属于 ARM 在欧盟和其他国家和地区的注册商标。
所有其它商标均是其各自所有者的财产。
摘要近来涌现的技术挑战迫使业界跳出传统的通用 (one-size-fits-all) 型 CPU 标量处理解决方案，进而探索新的发展方向。
大型的矢量处理 (DSP-GPU) 技术能够解决一些问题，但由于其灵活性欠佳及低效率存储器带宽的使用，导致再次陷入了传统的扩展挑战。
传统 FPGA 解决方案提供可编程存储器层级，但传统的硬件开发流程一直是阻碍数据中心市场等应用领域广泛、大规模采用FPGA 的障碍。
该解决方案将所有这三大要素与一个新的工具流相结合，通过单个自适应计算加速平台 (ACAP)，提供了从框架到 C 到 RTL 级编码的各种不同抽象。
赛灵思 Versal ™ ACAP 作为一大新器件门类，支持用户利用三大可编程要素定制自己的特定领域专用架构 (DSA)。
DSP和FPGA共用FLASH进行配置的方法王宏义，董文娟，黄宗福，陈曾平(国防科技大学ATR重点实验室，湖南长沙 410073)摘要：本文举例分析了DSP的引导装载过程和FPGA的配置流程，并据此提出了一种使用单个FLASH存储器实现上述两个功能的方法。
关键词：FLASH DSP 引导装载 FPGA中图分类号：TP368.2 文献标识码：BUsing single FLASH to Bootload DSP and Configure FPGAWang Hongyi，Dong Wenjuan，Huang Zongfu，Chen Zengping(ATR Lab, National University of Defense Technology, Changsha,Hunan 410073) Abstract：This paper discusses the bootloading of DSP and the configuring of FPGA, taking TMS320C6416 and XC3S1200E for example, and a way to achieve both bootloading and configuring using single FLASH is proposed.Keywords：FLASH DSP bootload FPGADSP编程灵活、使用方便，适合高速复杂运算的场合；而FPGA并行性好、实时性强，适合大规模并行运算的场合。
将两者结合起来构建的基于DSP＋FPGA结构的系统能够充分发挥各自的优势，能够满足很多实际的需求。
在实际的应用系统中，需要将DSP代码存储在一些非易失性存储器中，这样在系统上电或者DSP复位的时候就可以通过DSP的引导装载程序（bootloader）将代码调入DSP的高速存储器中全速运行[1]。
同样，FPGA也需要通过外部的配置芯片进行配置才能正常工作[2]，而配置芯片一般都是通过外部的编程器进行烧写的，如果程序稍有修改，就需要将电路板的封装盒或者机箱打开，然后插上编程器进行调试，这在实际的应用中很不方便。
DSP与FPGA实时信号处理系统介绍DSP（Digital Signal Processor）是一种专门用于数字信号处理的处理器，它可以高效地执行各种数字信号处理算法。
DSP的特点是具有高速运算能力、优化的指令集和丰富的并行功能，使得它能够在实时性要求较高的信号处理任务中发挥重要作用。
DSP的应用非常广泛，包括音频信号处理、图像处理、通信系统等。
在音频信号处理中，DSP可以通过滤波器等算法实现音频的均衡、去噪和音效处理等；在图像处理中，DSP可以实现图像的增强、去噪和边缘检测等算法；在通信系统中，DSP可以实现调制解调、编码解码和信号重构等功能。
DSP在实时信号处理系统中起着关键的作用。
它可以通过硬件电路实现各种滤波、变换等算法，实现信号的实时处理。
而且，由于DSP具有较高的计算能力和运算速度，可以满足实时性要求较高的信号处理任务。
FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，它可以根据用户的需要重新实现硬件电路功能。
FPGA的特点是具有灵活的编程性能和较高的并行计算能力，使得它能够高效地实现各种数字信号处理算法。
FPGA的应用范围广泛，包括图像处理、音频处理、视频处理、通信系统等。
在图像处理中，FPGA可以实现图像的分割、边缘检测和图像增强等功能；在音频处理中，FPGA可以实现音频的压缩、解码和音效处理等功能；在通信系统中，FPGA可以实现调制解调、协议处理和信号重构等功能。
FPGA在实时信号处理系统中具有重要作用。
它可以通过重新编程硬件电路，实现各种算法的并行运算，从而提高信号处理的速度和效率。
此外，FPGA还可以与其他硬件设备配合使用，如ADC（Analog-to-Digital Converter）和DAC（Digital-to-Analog Converter），实现信号的输入和输出。
DSP与FPGA在实时信号处理系统中可以相互配合使用。
DSP可以负责实现一些复杂的算法，如滤波器、变换和编码解码等，而FPGA可以负责实现并行计算和硬件电路的实现。
FPGA实现的高性能DSP芯片设计与开发数字信号处理（DSP）在现代通信、音频、图像和视频处理等领域中越来越重要。
FPGA（现场可编程门阵列）作为一种可编程逻辑器件，能够在硬件级别上提供优化的DSP实现，并且具有高性能、低功耗和低成本的特点。
本文将探讨FPGA实现的高性能DSP芯片设计与开发的相关技术和应用。
一、DSP芯片设计的挑战DSP芯片设计面临诸如功耗、时钟速度、抖动、干扰和延迟等众多问题，因此需要采用高效的算法和优化的体系结构实现。
在FPGA中实现DSP芯片设计可以最大程度地满足这些需求，因为它具有非常高的灵活性和可编程性。
二、FPGA实现DSP的优势FPGA实现DSP芯片设计具有以下优势：1. 可编程性：FPGA具有可编程性，可以根据需要重新编程，扩展、修改系统的功能。
2. 灵活性：FPGA可通过时间复用、并行计算等技术实现灵活的算法优化。
3. 高速性：FPGA芯片拥有可编程的硬件资源，不需要复杂的指令转换和指令执行的过程，能够在很短的时间内完成计算。
4. 低功耗：FPGA芯片的低功耗架构，可以大大降低电路的功耗。
5. 可配置：FPGA在现场可以进行重新配置，方便实现现场升级和算法优化。
三、FPGA实现DSP的性能优化技术为了提高FPGA实现DSP的性能，我们可以采用以下技术进行优化：1. 硬件的并行计算：FPGA芯片具有可编程的硬件资源，可以利用其并行计算能力来提高计算速度。
2. 时分复用技术：时分复用技术可以将多个不同的算法或处理流程通过时间复用在同一硬件资源上进行处理，从而提高处理速度。
3. 内存带宽优化：适当的内存带宽配置和访问模式可以极大地提高FPGA性能。
4. 优化算法：优化算法可以大大降低DSP芯片的功耗和时钟速度，因此更加适合硬件实现。
5. 功耗管理：根据实际需求，采用适当的功耗管理策略，可以降低芯片的功耗。
四、FPGA实现DSP的应用FPGA实现的高性能DSP芯片设计可以应用在许多领域，例如音频、视频、通信以及成像处理等。
FPGA为传统DSP应用提供灵活的可重
配置解决方案
FPGA为传统DSP应用提供灵活的可重配置解决方案
类别：电子综合
信号处理是连接现实世界和数字运算世界的桥梁。
随着用数字信号处理实现的算法变得日益复杂，对这些算法的性能要求呈指数上升。
针对成本敏感的大批量设备，比如蜂窝电话、机顶盒和电脑图形卡等，这一要求正在大力推动非常特殊的特殊应用标准产品(ASSP)的开发。
然而对许多其它设备来说，实现高性能数字信号处理的唯一选择是通用数字信号处理器(DSP)以及最新的现场可编程门阵列(FPGA)。
这些设备中有许多是采用DSP实现的。
虽然DSP可以通过软件进行编程，但DSP硬件架构很不灵活。
DSP的性能受很多固定硬件架构的限制，如总线性能瓶颈、固定数量的乘法累加(MAC)模块、固定存储器、固定硬件加速模块和固定数据带宽等。
因此DSP的这种固定硬件架构对于许多要求定制DSP功能实现的应用来说并不适用。
FPGA可以为实现传统DSP应用提供可重配置解决方案，并能比DSP提供更高的吞吐量和原始数据处理能力。
由于FPGA的硬件是可配置的，因此它能在提供完整的硬件定制功能的同时实现各种DSP应用。
用FPGA实现的DSP系统可以具有定制的架构、定制的总线结构、定制的存储器、定制的硬件加速模块和可变数量的MAC模块。
自从新千年伊始，FPGA就已经拥有了专用数字信号处理(DSP)功能。
过去六年来，FPGA提供的DSP性能已经提高了16倍之多，达到每秒500千兆次乘法-累加操作(GMACS)。
在相同时期内，数字信号处理器的性能只从1.6GMACS提高到了目前的8GMACS。
许多设备只需要少量的DSP性能，相当于类似Altera公司Cyclone II的FPGA提供的性能。
不过，对于要求许多数字信号处理器的高性能设备来说，单个Altera Stratix III FPGA也能替代这些处理器，从而不仅能够提供超过等效的DSP性能，还能显著地减少系统功耗、以及电路板面积和成本。
对高性能DSP需求的关键驱动力来自无线通信基础设施、视频广播设备、医疗成像和军事应用。
FPGA已经成为能够满足这些要求的首选可编程DSP平台。
第三代通信基站平台是需要使用大量DSP的系统之一，它包括了一块射频卡和一块通道卡以及两个主处理区。
第三代无线通信产品大部分是宽带产品，因此其射频元件通常工作在线性范围之外。
先进的算法有助于满足远高于传统数字信号处理器能力的处理要求。
无线基础设施中的主要设备现主要依靠FPGA实现射频线性化处理。
图1：近年来FPGA与DSP性能的演变情况。
FPGA成为首选处理平台的另外一个领域是WiMAX基带处理设备，它所采用的正交频分复用(OFDM)技术的巨大运算要求只能用特殊应用集成电路(ASIC)或FPGA才能满足。
由于ASIC太贵，开发风险很大，因此FPGA成为了WiMAX市场的赢家。
使FPGA 成为DSP领域理想解决方案的关键性能是什么？大量的乘法器、高的片上存储器带宽、大量I/O带宽以及由于可编程逻辑带来的独特且完全灵活的FPGA架构
都确保了没有其它可编程技术可以提供相同的DSP性能。
与其它半导体解决方案相比，FPGA可以在更低的功耗下提供最高性能的可编程DSP功能，同时还能降低系统成本和减小电路板面积。
系统设计师可以用一片或几片FPGA开发出一块原本要数十块DSP和可能多块电路板才能实现的电路板。
因为FPGA支持在相同封装内的纵向移植，因此可以在无需多电路板设计的条件下很容易将单板和系统设计从低端功能升级到最高功能。
这种灵活性是很大的优势，因为它能减小产品线工程设计和验证成本。
图2. 第三代通信基站处理架构方框图。
FPGA DSP有哪些新功能呢？随着Stratix III FPGA系列器件的推出，DSP功能也有了新的发展，比如密度翻倍、性能显著提升、功耗显著降低，I/O性能也得到了增强，DSP模块有了重大创新。
增加DSP模块中的片上乘法器数量(最多是896个18×18乘法器)是重大的创举。
它允许在更少的硅片面积中封装更多的乘法器，同时能降低功耗。
DSP模块通常是针对性能、灵活性和低功率做过优化的硬模块。
DSP硅模块有两种物理约束：外设数量和使用面积大小。
DSP模块的外围有144根输入线和144根输出线，还有一些控制信号。
DSP模块的面积可以实现4个18×18的乘法器以及相应总的输入输出信号。
对DSP模块如何发展的芯片级和系统级研究的依据是那些特殊应用需求以及向65nm工艺技术转移所产生的后果。
在芯片级，改变外设与DSP模块面积的比例可以形成更多的I/O或更多的模块级逻辑。
在系统级，对DSP算法的调查表明乘法器逻辑的主要使用者是滤波和变换算法，它们都依赖于乘法累加操作来满足大部分处理要求。
在需要时通过优化DSP模块的内核面积可以增加一倍的乘法累加操作次数，从而降低相对于总体运算的外围I/O要求。
通过在一个DSP模块中完成更多的DSP算法，总的芯片效率就能有显著的提高。
带8个18×18乘法器和相关寄存器、累加器以及取舍电路的DSP模块如图3所示。
乘法器的使用限制于DSP模块的输出线，而非逻辑面积。
与竞争性架构相比，这种架构可以使硅片效率约提高50%。
图3：Stratix III DSP模块架构。
模块的总体DSP功能减少了使用乘法累加操作的标准算法，如有限脉冲响应(FIR)滤波器或复杂乘法器，同时由于不需要使用可编程逻辑矩阵而减少了总体功率和资源消耗。
当乘法累加操作作为算法的一部分被包含时，可以极大地增加18×18乘法器的数量。
对许多系统架构来说，FPGA的一个突出优点是封装的纵向移植性。
纵向移植可以使单块电路板设计无需重做就能支持灵活的处理性能和成本。
系统架构师可以运用这一功能开发出具有各种价位和性能的产品，却不会显著影响开发成本或库存。
另外，随着Altera’s HardCopy结构化ASIC的推出，当需要考虑大批量和高性价比结构时可以获得额外的性价比。
无线基础架构应用是如何运用这种灵活性的一个很好例子。
在灵活的通道单元盘中使用的FPGA支持各种标准，通过纵向移植还能支持各种通道密度。
一个基站可以被配置为最少的通道数，也可以使用相同的基础架构对通道进行大扩容，只需改变专门的FPGA选择。
在许多发展中国家，注意力往往放在更灵活、可升级和业务丰富的设备上，这些设备就需要FPGA的这种灵活性。
在这些对价格特别敏感的地区，同一产品中非常标准化的功能可以使用HardCopy结构化ASIC以更低的成本来实现。
采用这种解决方案的供应商将拥有强大的技术优势，无需增加工程成本就能提高业务的灵活性。
FPGA的I/O带宽比DSP的带宽要大得多。
I/O带宽是满足系统处理要求的关键要素，而带宽又受数据输入输出以及片外数据存储
器的影响。
在对存储器有很高要求的应用场合，Stratix III存储器接口支持400MHz的DDR3存储器，这个外部存储器带宽要比目前最先进的DSP高16倍。
因为系统级开发工具可以帮助系统架构师实现灵活性、可发展性、可维修性和高性能信号处理及控制架构，因此FPGA在过去几年中发展非常迅速。
这些工具包括DSP系统建模工具、系统综合工具、控制处理IP、自动的C语言到硬件加速和DSP优化的应用IP。
设计师利用这些工具可以快速建立真正得到优化以满足系统要求的高性能架构。
在纵向移植和HardCopy结构化ASIC的支持下，系统架构师可以根据产品线要求实现可扩展性能，实现各种产品以满足不同市场要求，同时实现实质性的生产效益。
目前已经有完整开发FPGA中架构所必需的工具和IP，但系统架构中为何需要标准的第三方处理器还有其它原因。
当第三方处理器与FPGA一起使用时，它能通过一种被称为FPGA协处理的架构技术显著地提高系统性能，同时降低系统成本、功耗和电路板面积。
在FPGA协处理过程中，FPGA可以从第三方处理器卸载处理任务繁重的算法。
许多系统使用控制处理器、数字信号处理器和一个或多个FPGA(在FPGA中执行主要的处理负载)，其中控制和DSP用于满足传统软件、操作系统要求或针对最终应用(如Windows GUI控制)的处理适用性。
高性能系统的核心信号处理将越来越多地转向FPGA。
FPGA可以提供其他任何半导体器件无法提供的最高的可编程DSP性能，在加上纵向移植以及面向低成本器件的HardCopy技术，目前没有那种比此更灵活的系统架构解决方案能更好地满足性能、低功耗、低成本和产品广度及寿命要求。
