Spartan-3 FPGA实现的DSP嵌入系统及其在在平板显示器

前言

用FPGA实现的嵌入式系统，均是在更大的芯片中嵌入的重复完成特定功能的计算系统，虽则是隐含嵌入，但实际上在各种常用的芯片中能够找到这些嵌入式系统。例如，消费类电子产品中的手机、寻呼机、数字相机、摄像机、录像机、个人数字助理等。

当今，以现场可编程门阵列(FPGA)来实现可配置的嵌入式系统已越来越广泛.其Spartan-3E成为实现各种低成本数字消费类系统的理想器件。这是从系统对上市时间的要求、可编程的特性以及集成度等方面考虑有其独特的优势。即采用90纳米工艺生产FPGA器件之后，FPGA器件进一步降低成本，减少功耗和提高性能，低成本使FPGA成为中小批量生产的应用器件，应用范围从早期的军事、通信系统等扩展到低成本消费电子类等产品。

目前，常用FPGA来实现嵌入系统与嵌入微处理器系统，而本文主要介绍高性能、低成本的Spartan-3实现的嵌入系统及其Spartan-3系列器件在平板显示器中的应用。

2、关于用Spartan-3 FPG来实现的嵌入系统

为什么利用Spartan-3来实现DSP系统，这应首先了解Spartan-3 FPGA特性，即Spadan-3的各种功能及其在实现DSP时的用途。

2.1 Spartan-3 FPGA特性概述。

2.11成本较低的FPGA

*Spartan-3平台FPGA具有很高的性价比

经过优化的Spartan-3 FPGA架构，结合90纳米处理技术和300毫米晶圆技术，每片晶圆产出的完好芯片数足130纳米/200毫米技术的五倍，其每逻辑单元成本(CPL)最低。

*完整的密度范围

Spartan-3FPGA的密度范围是从50，000系统门到5，000，000系统门，这使得低成本FPGA与的密度范围得到了前所未有的扩展；326MHz的系统时钟率；三路电源干线内核电压1.2V、I/O电压1.2~3.3V、辅助设备电压2.5V.它为高容量，面向用户的设备提供了非常低的成本与高性能逻辑方案。

*独特的交错排列I/O引脚技术

Spartan-3FPGA结合了90纳米处理性术和交错排列引脚技术，可以提供、很低的每I/O成本(CPl)和最高的每门I/O数。

2.12 独特的功能

*XCITE技术(数字控制阻抗技术)使用

XCITE片上数字终端不再需要外部电阻器(见图1(a)所示)，这提供了大量的优势。 减少系统组件；提高系统可靠性；简化电路板布局；降低制造成本；实现I/O最大带宽；消除短反射噪音。

*选择RAM分级存储(即BlockRAM总位数高达1872kb)与扩展内存

Spartan-3 FPGA具有两种类型的内存，可以满足不同的设计需求，即最大1.8Mb的真实双端口块RAM和最大520Kb的分布式RAM，其封装形式为16位深×1位宽，可用作移位寄存器和FIFO。

*系统时钟管理-具有4个DCM数字时钟管理器

先进的时钟管理为高性能电路的设计者提供了更大的灵活性和更强的控制能力， 见图1(b)所示。最多四个数字时钟管理器(DCM)，并带有9个外部输出；8个预设的全球时钟网络，即8根全局时钟线路和丰富的寻址。

*嵌入式乘法器

专用的硅资源允许充分地自定义数据路径，并获得最佳DSP性能，见图1(c)所示。 最多104个18×18乘法器，该乘法器模块允许两个18位二进制作为输入并计算输出36位结果，见图所示；而专用的进位逻辑和高效级联，可实现更多功能。