DSP主控板硬體設計

1 課題來源及研究的目的和意義
產品研製、生產、使用過程中，先進的檢測技術和檢驗裝置是檢測產品效能引數及縮短研製時間的有利保障。因此測試裝置是整個產品生命週期內不可或缺的關鍵部分。根據被測物件需要測量的引數和功能，測試裝置在主控制器的控制下完成對產品的測試，可以提高產品的測試效率和測試結果的準確性。縱觀測試裝置的發展歷程可以發現，測試裝置均由一個控制器加上外圍電路並輔以一定的通訊方式組成，控制器是整個測試裝置“神經中樞”，控制外圍模組的執行。目前能作為主控制器使用的有微控制器、嵌入式微處理器以及DSP（Digital Signal Processor，數字訊號處理器）等。前兩者雖然在某些領域也得到很大的發展，但由於設計的出發點不同，決定了其自身的侷限性，即不能用於高速數字訊號運算，而這恰恰是DSP的優勢所在[1]。在測試裝置領域，難免要進行大量數字訊號的處理，因此在選擇主控制器時應有選擇性的選用DSP而不是微控制器或嵌入式處理器[2]。
在測控臺中扮演另一重要角色的當數FPGA。FPGA（Field Programmable Gate Array）是現場可程式設計門陣列的簡稱，是可程式設計邏輯器件（PLD）問世以來的第四代產品。自八十年代中期誕生以來，由於其速度快、整合度高及使用者定義邏輯功能而備受廣大電子工程師的青睞。使用者可以利用分佈在CLB周圍的可程式設計互連資源以串聯、並聯或混合方式把相應的CLB連線起來，實現更復雜的邏輯功能。由於FPGA的現場可程式設計性及高密度性，所以電路設計的大部分工作都是在計算機上完成，使得產品的開發週期縮短，風險投資減小。而且FPGA的功能完全由使用者設計的配置程式所決定，在不改變其外部介面的情況下可以很方便地改變其電路的邏輯功能。
基於以上分析，並且考慮到測試裝置的通用性及可擴充套件性，選用DSP和FPGA組合設計出最小系統板（並預留I/O介面及功能介面用於系統擴充套件），以此作為測試裝置的控制器必將大大縮短測試裝置的研製週期，所以該課題具有較高的應用價值和實際意義。
2 國內外在該方向的研究現狀及分析
2.1 DSP+FPGA系統特點綜述
隨著數字訊號處理器(DSP)和現場可程式設計門列陣器件（FPGA）的發展，採用DSP+FPGA的硬體系統顯示出其優越性，整愈來愈得到人們的重視。通用的DSP優點是通過程式設計可以應用到廣泛的產品中，並且主流的DSP產品已經可以滿足許多要求。但是傳統的DSP採用馮—諾依曼（Von Neumann）結構或某種型別擴充套件。此結構本質上是序列的，因此遇到需處理的資料量大，但是對運算結構相對比較簡單的底層訊號處理演算法來說顯不出優點，適合採用FPGA硬體實現[3,4]。這樣，採用DSP+FPGA的數字硬體系統就可以把二者優點結合一起，兼顧速度和靈活性既滿足底層訊號處理要求，又滿足高層訊號處理要求。
DSP+FPGA系統最大優點是結構靈活，有較強的通用性，適合於模組化設計，從而能夠提高演算法效率；同時其開發週期較短，系統易於維護和擴充套件，適合實時訊號處理。
2.2 國外在該領域的發展狀況
簡略國外DSP+FPGA技術發展的現狀，國外的資訊處理裝置一直保持著快速的發展勢頭。歐美等科技大國保持著國際領先的地位，並且他們很多已經發展到相當大的規模，競爭也愈發激烈，我們從國際知名DSP技術公司釋出的產品中就可以瞭解到當今世界先進的數字訊號處理系統的情況[5]。
以Pentek公司一款處理板4293為例，使用8片TI公司300MHZ的TMS320C6203晶片，具有19200MIPS的處理能力，同時集成了8片32MB的SDRAM，資料吞吐600MB/S。該公司的另一款處理板4294集成了4片Motorola的MPC7410PowerPC處理器，工作頻率400/500MHZ，兩級快取25K*64bit，最高具有16MB的SDRAM。
DSP+FPGA應用產品獲得成功的一個標誌就是進入商業化，在以往的20年中，這一程序不斷的重複進行，而且週期在不斷的縮短，在數字資訊時代，更多的新技術和新產品需要快速的推上市場，因此，DSP+FPGA的產業化程序還在加速進行。
2.3 國內在該領域的發展現狀
目前，國外眾多廠商涉足我國DSP+FPGA產品市場，我國的DSP+FPGA應用已經有了相當的基礎，從應用範圍來說，該組合的市場前景很好。DSP+FPGA不僅僅成為手機、個人數字助理的快速增長產品中的關鍵元件，而且它正在向數碼相機等其他領域挺近。
隨著DSP和FPGA晶片的品種和技術檔次不斷提高以及向多功能化、高效能化、低功耗化方向發展，DSP+FPGA這一硬體系統正日益進入我們的生活，在未來相當長的一段時間，我國該硬體系統的市場將蓬勃發展，今後幾年市場的銷售額仍將保持40%以上的增長率，具有良好的市場前景[6]。
雖然我國的DSP+FPGA技術取得了一定的成績，但是與發達國家相比仍有差距。所以說我國的DSP+FPGA技術的發展道路還很漫長，在發展過程中需要做到重視通用性、加強綜合性、採用新技術、堅持自主創新。