第七章 基于System Generator的 DSP系统开发技术

第1节System Generator的简介与安装System Generator7.1.1 System Generator简介目前的FPGA芯片不再扮演胶合逻辑的角色，而成为数字信号处理系统的核心器件。

在芯片内，不仅包含了逻辑资源，还有多路复用器、存储器、硬核乘加单元以及内嵌的处理器等设备，并且还具备高度并行计算的能力，使得FPGA已成为高性能数字信号处理的理想器件，特别适合于完成数字滤波、快速傅立叶变换等。

但遗憾的是，FPGA并未在数字信号处理领域获得广泛应用，主要原因就是：首先，大部分DSP设计者通常对C语言或MATBLAB工具很熟悉，却不了解硬件描述语言VHDL和Verilog HDL；其次，部分DSP工程师认为对HDL语言在语句可综合方面的要求限制了其编写算法的思路。

基于此，Xilinx公司推出了简化FPGA数字处理系统的集成开发工具System Generator for DSP，快速、简易地将DSP系统的抽象算法转化成可综合的、可靠的硬件系统，为DSP设计者扫清了编程的障碍。

System Generator for DSP 是业内领先的高级系统级FPGA开发工具，借助FPGA 来设计高性能DSP 系统，其强大的提取功能可利用最先进的FPGA芯片来开发高度并行的系统，并和Simulink（MathWorks公司产品）实现无缝链接，快速建模并自动生成代码。

此外，System Generator是Xilinx公司XtremeDSP解决方案的关键组成，集成了先进的FPGA设计工具以及IP 核，支持Xilinx公司全系列的FPGA芯片，提供从初始算法验证到硬件设计的通道。

System Generator最大的特点就是可利用Simulink建模和仿真环境来实现FPGA设计，而无需了解和使用RTL级硬件语言，让DSP设计者能够发挥基于FPGA的DSP的最大性能和灵活性，并缩短整个设计的周期。

典型的System Generator工程设计实例如图8-1所示。

使用MATLAB为System Generator forDSP创建IP(图)使用MATLABM文件借助AccelChip综合工具优化FPGA实现将基于图形和基于语言的设计方法结合起来最能准确描述DSP系统。

DSP建模软件行业专家The MathWorks提供了一种称为Simulink的时序精度的图形化设计环境和一种称为MATLAB的数学建模语言，从而满足了这种二分法。

Simulink非常适合DSP设计的“系统”方面，包括输入输出接口和存储器数据流的控制与同步。

Simulink还以模块集的形式提供了一个丰富的预定义DSP算法集，可以用来构建DSP 系统。

不过，对于专用算法的建模来说，Simulink并非总是最有效的开发环境。

它不必要地增加了设计人员考虑时序精度的负担，并且强制用图形模块集而非简明的文本表达式来构建底层的算术运算和数组操作。

图1 显示系统控制和同步逻辑的Xilinx System Generator图有些DSP算法开发人员发现MATLAB语言最能满足他们喜欢的开发方式。

MATLAB具有针对信号处理、通信和小波处理的1000多种内置函数和工具箱扩展，为复杂算法的开发和调试提供了丰富且易用的环境。

Simulink利用一个嵌入式MATLAB模块将这两种建模环境统一起来，该模块允许MATLAB模型在Simulink内部仿真，再通过Real-Time Workshop编译成C代码后在DSP处理器上实现。

Xilinx System Generator for DSP是一种广泛公认的高效工具，用于在FPGA中创建DSP设计。

System Generator for DSP提供了基于Simulink的图形环境和Xilinx DSP核的预定义模块集，这同时满足了系统架构设计师和硬件设计人员的需要，前者需要把组件集成到设计中，而后者需要优化实现。

不过，System Generator for DSP缺少对基于MATLAB的设计流程的支持。

system generator 例子System Generator（SysGen）是一种MATLAB和Simulink工具，用于设计和模拟数字信号处理（DSP）系统，并生成相应的硬件描述，例如VHDL （VHSIC Hardware Description Language）。

SysGen通常与Xilinx的Vivado HLS（High-Level Synthesis）一起使用，以便将设计转换为硬件描述并在FPGA上实现。

以下是一个简单的System Generator 例子，其中使用了SysGen 和Vivado HLS。

该例子演示了如何创建一个加法器和乘法器，并通过SysGen 将其转换为硬件描述。

1.创建加法器和乘法器模型：•打开MATLAB，并在Simulink 中创建一个新的模型。

•使用SysGen Blockset 中的加法器和乘法器模块，将它们添加到模型中。

这些模块通常可以在Simulink 库中找到。

2.连接输入和输出端口：•连接加法器和乘法器的输入端口，并将结果连接到输出端口。

3.配置模块参数：•配置加法器和乘法器的参数，例如输入位宽、输出位宽等。

这些参数通常可以在模块的属性对话框中设置。

4.使用Vivado HLS 进行高级综合：•在Simulink 模型中，使用Vivado HLS Block 将设计转换为硬件描述。

•在Vivado HLS 中配置和运行高级综合。

5.生成硬件描述：•Vivado HLS 将生成一个硬件描述文件（通常是VHDL 文件）。

•这个生成的文件可以在Vivado 中使用，用于将设计实现到FPGA 上。

这只是一个简单的示例，SysGen 的使用范围远不止于此。

SysGen 通常用于更复杂的数字信号处理系统的设计，包括滤波器、调制器、解调器等。

使用SysGen 可以在高级层面上设计系统，然后将其转换为硬件描述以进行FPGA 实现。

system generator 例子全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：System Generator是一种基于图形化界面的工具，用于快速生成和测试数字信号处理（DSP）系统。

它通常与高级综合工具（HLS）结合使用，用于加速FPGA设计的开发过程。

System Generator的设计理念是使用户能够轻松地将各种模块组合在一起，快速搭建复杂的数字信号处理系统，而无需繁琐地编写代码。

为了更好地理解System Generator的工作原理和功能，我们可以通过一个具体的例子来展示其强大的实用性。

假设我们想要设计一个数字滤波器系统，用于对输入信号进行滤波处理。

我们可以通过System Generator来快速实现这一系统，而无需深入研究滤波器的原理和设计。

我们需要打开System Generator工具，并创建一个新的项目。

然后，在项目中添加一个数字信号发生器（Signal Generator）模块，用于产生我们的输入信号。

接着，我们添加一个滤波器模块，选择所需的滤波器类型和参数。

我们还可以通过System Generator提供的图形化界面对滤波器的参数进行调整，以达到滤波效果的优化。

接下来，我们将信号发生器和滤波器连接起来，构建整个系统。

通过System Generator提供的仿真功能，我们可以快速验证系统的功能和性能，查看滤波后的输出信号是否符合预期。

如果需要对系统进行优化或调整，也可以通过图形化界面进行操作。

除了设计和仿真功能，System Generator还提供了代码生成和硬件部署的功能。

一旦我们完成了系统的设计和验证，可以直接生成Verilog或VHDL代码，用于在FPGA上实现我们的数字滤波器系统。

System Generator还支持与Xilinx Vivado等FPGA开发环境的集成，便于用户进行硬件部署和验证。

System Generator是一种强大而友好的工具，能够帮助用户快速设计和验证数字信号处理系统。

通讯与网络Digital Space P .173基于System Generator 的信号处理快速原型设计刘叶盛 孙斯亮 王丽莉 刘庆 魏冬冬 上海航天电子技术研究所摘要：基于Simulink 开发平台，借助System Generator 设计工具，建立信号处理原型仿真系统。

该系统可以为产品需求分析，方案设计，算法验证，代码实现及测试，板级验证及回归迭代等全生命周期研制过程提供参考意义，开发效率高，可追溯性强，契合当前信号处理快速开发的设计需求。

关键词：System Generator 信号处理 原型设计引言：对于信号处理，软件无线电的思想是建立通用的硬件平台，将模数转换电路（A/D）尽量靠近天线，通过软件编程实现各种功能，解放硬件电路。

该思想对数字信号处理提出了更高的要求，原本由模拟电路实现的滤波、调制、解调、频率合成等信号处理算法均需由软件实现。

采用传统的开发方法时，复杂的信号处理算法给软件实现带来了较大难度；测试激励的产生需要专业的工具产生，为覆盖测试带来了难度；对于较复杂的系统，无论是后期测试还是迭代改进，维护的难度较大且极易出错。

基于原型实现的信号处理设计方法，系统原型建立完成后即可进行仿真验证，修改激励也更加便捷，并且可以利用丰富的信号分析工具进行过程监控（软件仿真测试一般仅有波形），极大的降低了软件的开发难度，提高了方案验证的效率。

1 System Generator 与原型仿真1.1System GeneratorSystem Generator 是进行数字信号处理开发的一种系统级（或算法级）设计工具，是DSP 高层系统设计与FPGA 实现之间的桥梁。

将FPGA 开发的一些模块嵌入到Simulink 库中，借助Simulink 提供的强大的高水平的运行环境，实现图形化设计和数字信号定点仿真。

System Generator支持自动代码生成，并且可以直接生成比特流文件，下载到FPGA 板卡进行硬件测试。

fpga数字信号处理设计教程-system generator入门与提高《FPGA数字信号处理设计教程-System Generator入门与提高》- 第一部分：System Generator入门1. 简介FPGA数字信号处理设计是现代电子技术领域中的重要组成部分，而System Generator作为Xilinx公司的一款专业工具，为FPGA数字信号处理设计带来了极大的便利和效率提升。

2. System Generator基本原理System Generator是一种使用MATLAB/Simulink进行高级系统设计的工具，它提供了一种直观、直接且高效的设计方法，能够快速完成从概念到硬件的转换过程。

3. System Generator的应用System Generator广泛应用于通信、图像、视频、音频等领域的数字信号处理系统设计中，为工程师们提供了一个快速和可靠的开发评台。

- 第二部分：System Generator提高1. 高级设计技巧在System Generator中，基本的设计技巧是不可或缺的，同时也需要深入理解FPGA硬件架构以及信号处理算法，才能更好地利用System Generator进行硬件设计。

2. 优化和调试System Generator提供了软硬件协同设计的能力，通过对设计进行优化和调试，可以实现更高的性能、更低的功耗和更小的资源占用。

3. 应用实例通过实际案例，可以更好地理解System Generator在数字信号处理设计中的应用和优势，比如高清视频处理、无线通信协议等方面的设计。

- 第三部分：个人观点和理解1. System Generator的优势通过学习和应用System Generator，我深刻认识到其在数字信号处理设计中的优势，包括快速原型验证、可重用性和高级系统级设计等方面。

2. 学习和进步通过不断地学习和实践，我不仅迅速掌握了System Generator的基本原理和应用技巧，还能够在实际项目中灵活运用，并不断提高自己的设计水平和解决问题的能力。

一种利用System Generator软件平台开发基于FPGA的数字脉冲压缩的方法【摘要】在线性调频信号脉冲压缩原理的基础上，本文介绍了基于System Generator软件平台在FPGA中实现脉冲压缩的一种方法，同时利用MATLAB对数字脉冲压缩进行仿真对比，结果表明该方法达到了预期的脉压效果。

【关键词】System Generator（SysGen）;FPGA;脉冲压缩;MATLAB1.引言简单矩形脉冲雷达存在雷达探测能力与距离分辨率之间的矛盾，脉冲压缩雷达则能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。

脉冲压缩雷达发射时采用宽脉冲发射以提高发射平均功率，保证足够大的作用距离;接收时为提高距离分辨率，则采用相应的脉冲压缩算法来获得窄脉冲，较好的解决了雷达的作用距离和距离分辨率之间的矛盾。

脉冲压缩有基于时域相关法和频域FFT法两种方法。

一般来说，频域脉压比较适用于大时宽带宽积信号，而对于小时宽带宽积信号，用时域脉压比较好。

现代雷达信号处理中常用的脉冲压缩信号主要有线性调频信号（LFM）、巴克码信号、多相码信号、非线性调频信号等几类。

本文基于SysGen开发环境在FPGA中实现算法，主要采用LFM信号作为脉压信号，用频域FFT方法进行脉冲压缩。

2.SysGen及FFT IP核简介SysGen是一款理想的FPGA开发软件。

它通过建立数字信号处理系统的抽象算法，并将其转化为可靠地硬件实现，是数字信号处理高层系统设计与XILINX FPGA实现的“桥梁”。

完成算法的建模并生成相应的工程后，ISE可对工程进行仿真、综合、最后完成算法的硬件化;也可由SysGen直接生成位流文件，并下载到FPGA中。

图1 FFT IP核在实现频域数字脉冲压缩过程中，最主要也是最重要的是FFT模块。

不同版本的SysGen，FFT IP核的版本和相关设置也不尽完全相同，本文选择FFT 7.1，如图1所示。

在IP核中，主要由fwd_inv信号来控制是进行FFT还是逆FFT，0表示逆FFT，1表示FFT。

第3节基于System Generator的DSP系统设计[基于System Generator的DSP系统开发技术]第3节基于System Generator的DSP系统设计7.3.1 System Generator快速入门本节旨在给出System Generator设计的整体轮廓，避免一上来就详细介绍各种基本操作，让读者从宏观上把握，在后续章节的阅读中不会一叶障目。

1．Xilinx Blockset库的基本介绍System Generator和Simulink是无缝链接的，可以在MATLAB标准工具栏中直接启动，如图8-9所示。

这些模块都根据其功能划分为不同的库，为了易于使用，又在某些库中添加了部分有广泛应用的模块，所有的模块都按字母顺序排列在Xilinx Index库中。

读者需要注意的是：在Simulink环境中，只有通过Xilinx模块搭建的系统才能保证硬件可实现，其地位类似于HDL语言中的可综合语句。

图7-9 Xilinx DSP模块集从设计流程中可以看出，熟悉Xilinx DSP基本模块库是设计流程中的关键环节，只有掌握了基本模块的特性和功能，才能更好地实现算法。

由Xilinx模块库和System Generator一起，可生成Xilinx可编程器件的最优逻辑，这属于最低层的设计模块，地位等效于IP Core，共有90多个。

Xilinx模块库简要说明如表7-1所列。

表7-1 System Generator库的简要说明1．基本单元模块基本单元模块库中包含了数字逻辑的标准组件模块，使用这些模块可插入时间延迟、改变信号速率、引入常数、计数器以及多路复用器等。

此外，还包含了3个特殊的模块System Generator标志、黑盒子模块（Black Box）以及边界定义模块，后文将对其进行详细说明。

该库中简要的模块说明如表8-2所列。

表7-2 基本单元模块的说明列表2．通信模块通信应用是FPGA的主要应用领域之一，因此Xilinx的通信模块库提供了用于实现数字通信的各种函数，包括卷积编解码、RS编解码以及交织器等模块。

总第187期2010年第1期舰船电子工程Ship Electr onic EngineeringV o l.30No.1129基于System Generator开发数字信号处理系统*牛斌凯 雍少为 张 建 陈 亮(国防科技大学电子科学与工程学院卫星导航定位研发中心 长沙 410073)摘 要 在分析了传统数字信号处理开发方法不足的基础上提出采用基于SysG en的数字信号处理系统开发方法,并应用新方法设计验证了一套数字下变频系统,实验证明SysGen在数字信号处理开发方面具有明显优势。

关键词 Simulink;sy stem g ener ator for DSP;数字下变频中图分类号 T N911.72Research on Design Method for Digital Signal Processing SystemBased on System GeneratorN iu Binkai Y ong Shao we i Z h ang Jian Chen L iang(Satellite Nav ig ation and P ositioning R&D Center,Scho ol of Electr onic Science and Engineer ing,N ational U niv.o f Defense T echno lo gy,Chang sha 410073)A bstract W ith the analy sis o f t he defectio ns of tr aditional DSP design methods,t his paper pr oposed a no vel method of DSP desig n based o n the sy stem g ener ator too ls which pr ov ided a so lutio n of these defections.A s a case study,a F PG A im plementatio n o f a digit do wn convert sy stem was der iv ed and v erified.Key Words Simulink,system generato r fo r DSP,digit do wn convertClass Nu mber T N911.721 引言最近几年,FPGA已经成为数字信号处理系统的核心器件,其高速并行运算能力使得它成为高性能数字信号处理的理想平台[1]。

基于System ACE的DSP文件系统设计目前，对图像处理系统的速度和精度要求越来越高，采样的数据量也越来越大。

而系统中的硬件资源环境普通比较苛刻，嵌入式微处理器和微控制器的内存普通都不大。

为了能够实现(Digital Signal Processing)系统的自立运行，需要大容量的存储介质用于保存采样结果。

但是板载的Flash等容量通常不大，SDRAM掉电后数据会走失，并且它们无法便利地把数据转移到计算机主机上。

闪存技术的不断进展，使得闪存卡(如CF卡、SD卡等)因其体积小、容量大、牢靠性高等优点而在嵌入式存储领域得到越来越广泛的应用。

因此，本文介绍一种用法CF卡作为数据存储介质存储大量数据的办法。

FAT16文件系统具有精彩的文件管理性能，能被大多数操作系统识别，因此将CF卡与FAT16文件系统相结合是嵌入式存储、记录系统的一个抱负计划。

1 System ACE原理1.1 System ACE简介System ACE(System Advanced Configuration Environment)是公司开发的系统高级配置系列，用以满足面对多个的系统对高效空间、预置、高密度配置需求的解决计划。

System ACE技术是一种突破性的系统内可配置的解决计划，大幅节约了开发工作；与传统的PROM相比，每比特成本也大大降低。

System ACE技术是高容量FPGA系统的嵌入式解决计划。

System ACE系列把xilinx配置控制的专业技术和专注于存储的产业结合在一起，它的第1个成员是SystemACE CF(CompactFlash)。

System ACE CF是1个芯片集，由2部分组成：一个是ACE控制器，另一个就是用于存储的CF卡。

1.2 ACE控制器1所示，ACE控制器有4个接口，分离用来衔接CF(CompactFlash)、MPU(Microprocessor)、用于衔接FPGA的CFGJTAG(Configration JTAG)、允许高度灵便配置的TSTJTAG(Test JTAG)。

基于System Generator的音频解码SoC系统设计与实现张涛;赵亮;全浩军
【期刊名称】《电声技术》
【年(卷),期】2010(034)001
【摘要】提出了一种面向SoC的音频解码系统设计结构,可以方便地扩展新的音频解码标准.基于System Generator的设计,建立起了使用高级语言开发工具进行软件模拟仿真和HDL实现的桥粱.最后,在Xilinx VirtexⅡ Pro开发板上实现了MP1解码器,结果表明,该系统结构设计实现起来方便而且解码器实现性能满足实际应用.【总页数】5页(P35-39)
【作者】张涛;赵亮;全浩军
【作者单位】天津大学,电子信息工程学院,天津,300072;天津大学,电子信息工程学院,天津,300072;天津大学,电子信息工程学院,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】TN912
【相关文献】
1.基于System Generator的干扰模块设计 [J], 任丽莉;陈伟衡;刘广君
2.基于System Generator的多速度拖引欺骗干扰实现方法 [J], 赵桐;郑鑫
3.基于System Generator的稀疏编码算法设计及硬件实现 [J], 徐金鹏;刘宜成;涂海燕;成鸿群
4.基于System Generator的多速度拖引欺骗干扰实现方法 [J], 赵桐;郑鑫
5.基于SystemC和Cocentric System Studio设计平台的SoC设计 [J], 邬斌浩;杜占坤;孙承绶
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。