基于Spartan-3FPGA的DSP功能的方案[1]

  本文阐述了Spartan-3 FPGA针对DSP而优化的特性，并通过实现示例分析了它们在性能和成本上的优势。

  所有低成本的FPGA都以颇具吸引力的价格提供基本的逻辑性能，并能满足广泛的多用途设计需求。然而，当考虑在FPGA构造中嵌入DSP功能时，必须选择高端FPGA以获得诸如嵌入式乘法器和分布式存储器等平台特性。

  Spartan-3 FPGA的面世改变了嵌入式DSP的应用前景。虽然Spartan-3系列器件的价位可能较低，但它们同样具有DSP设计所需的平台特性。这些平台特性能够以较高的面积利用率实现信号处理功能，使设计达到更低价位点。

  Spartan-3器件用作协处理器或预/后处理器是非常理想的，它们将运算密集型功能从可编程DSP上卸载下来以增强系统性能。

  1 针对DSP而优化

  赛灵思公司的Spartan-3器件采用90nm工艺技术以及300mm晶圆，大大降低了FPGA的成本。与此同时，这些器件还包括诸如嵌入式18×18位乘法器、大块存储器（18kb）、分布式RAM以及移位寄存器等关键DSP资源。这些高级特性意味着采用Spartan-3 FPGA，能以比其它竞争FPGA低得多的价位实现DSP算法。

  单个LUT代替16个寄存器。除增加系统的基本性能之外，这些嵌入式特性还能提高器件的利用率。例如，如果在逻辑结构中实现Spartan-3嵌入式乘法器，需要占用300~400个逻辑单元（LE）。此外，因为嵌入式乘法器紧邻逻辑结构，所以拓展其功能（比如创建加法器或者级联多个乘法器来支持复杂的算法功能）是非常简单的。

  为提高效率，许多DSP功能以时分复用的形式在管道中得以很好实现。这样做虽然能创建带宽更高、速度更快的系统，但同时也将面临更多临时存储单元需求而带来的成本增加。譬如，时分复用滤波器需要将各个乘法-累加单元的结果存储在移位寄存器里。这种设计将在用完FPGA的逻辑资源之前就可能耗尽寄存器或存储器资源。Spartan-3 FPGA系列的之处在于它们可提供这样一种模式：一个查找表（LUT）能够执行逻辑功能或配置成一个16位移位寄存器。

  许多DSP功能也需占用大量的存储器资源，它们需要便笺存储器来保存系数、执行FIFO以及获得较大的缓冲区。与目前使用的其它低成本FPGA相比，Spartan-3器件可提供更多的存储位数。对于许多DSP设计而言，最重要的资源是FPGA内的嵌入式存储器，而不是逻辑电路或者乘法器。因为存储资源不足，采用竞争的低成本器件的设计工程师不得不选用更大规模的器件或采用外部存储器来构建系统，而这些系统只需一片体积很小的Spartan-3 FPGA就可以得到实现。

[1]  [2]