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電子發燒友網>電子資料下載>可編程邏輯>FPGA/ASIC>如何使用LUT實現FPGA中的DSP功能

如何使用LUT實現FPGA中的DSP功能

2020-12-25 | rar | 0.70 MB | 次下載 | 免費

資料介紹

  作為賽靈思的現場工程師,我常常問這樣的問題:我們是否能夠提供一款其功能可滿足客戶所有獨特設計要求的DSP內核。有時候內核會太大,太小或者不夠快。有時,我們會開發一款能確切滿足客戶需求的內核,并迅速以CORE GeneratorTM商標推出。不過即便在這種情況下,客戶仍然想要一套特定的DSP功能,而且刻不容緩。在這些情況下,我常常建議他們使用我們器件中的插值查找表來定制他們的DSP功能。

  查找表 (LUT) 實質上是一個存儲元件,能夠根據任何給定的輸入狀態組合,“查找”輸出,以確保每個輸入都有確切的輸出。采用LUT來實現 DSP功能具有一些重大優勢:

  您可用諸如MATLAB?或Simulink?等高抽象層編程語言改變LUT內容。

  您可以設計一項DSP功能來運行那些采用離散邏輯運算將極度困難的數學函數,比如 y=log(x)、y=exp(x)、y=1/x、y=sin(x) 等。

  LUT還可輕松執行在可配置邏輯塊 (CLB) 芯片,以及嵌入式乘法單元或DSP48可編程乘法累加 (MAC) 單元方面可能要求過多FPGA資源的復雜數學函數。

  不過,以這種方式使用LUT當然也會存在一些弊端。當您使用LUT來實現DSP功能時,您必須使用塊RAM (BRAM) 元件。若執行函數 y=sqrt(x)(其中x 表示16位輸入,y 表示18位輸出),每個變量則需要約64個18KB BRAM單元。如果,比如說,您的目標是實現小型化Spartan?器件,或者您有太多的運算需要執行,無法為每個變量省出64個BRAM單元,建議您放棄這種需要如此大量BRAM單元的方法,從系統架構的角度來看,這種方法代價太大。

  插值LUT方法不僅具有LUT方法在實現DSP功能時所帶來的各種優勢,而且無需使用太多BRAM單元。采用這種方法,您可以使用來自容量較小的LUT (比如,1000字 LUT)的連續輸出,線性地對其內插,以模擬更大容量的LUT。這樣,您就可以實現比1000 字 LUT 更高的數值分辨率。此外,通過這種方法,僅需 1 個 BRAM、1 個嵌入式乘法器(或DSP48),以及少數幾個CLB芯片便可實施控制邏輯,因此LUT的使用成本變得更加合理化。而且,從信噪比的角度來看,其數值精度也是非常讓人滿意。

  當然,應用插值LUT (ILUT) 方法需要一定的技巧。舉例來說,采用該方法執行y=sqrt(x) 函數時,可以清楚地顯示ILUT在面積占用、時序和數值精度方面的性能。我們先大致看一下這個示例,然后我再講解部分實例,說明如何使用這種方法來滿足客戶截然不同的需求,比如讓傳遞函數呈非線性的傳感器實現線性化,以及實施自適應有限脈沖響應(FIR) 濾波器以消除合成孔徑雷達 (SAR) 圖像上的斑點噪聲。

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