第十章从概念设计到芯片实现 信号处理的完整流程
第十章 从概念设计到芯片实现 ——信号处理的完整流程
10.1嵌入式系统及其开发流程 ·所谓嵌入式的系统，是指把单片的FPGA(Field Programmable Gate Array?现场可编程门阵列)或DSP (Digital Signal Processor数字信号处理器)芯片植入对 象的电路设备中，代替通用计算机，来完成对象的通 信、控制以及所有其他信号处理任务。与通用计算机 相比，嵌入式芯片具有体积小、重量轻、运行速度快、 便于集成、价格低、保密、工作可靠和便于大规模生 产等优点，所以适用于各种应用系统。统计资料说明， 从20世纪80年代出现这类系统以来，其所占有的市场 迅速扩大，目前已是通用计算机的几十至几百倍，而 且还在继续加大。可以预见，今后大部分信号处理系 统的开发人员在工作中所要面对的，将是这类系统
10.1 嵌入式系统及其开发流程 • 所谓嵌入式的系统，是指把单片的FPGA（Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列）或DSP （Digital Signal Processor数字信号处理器）芯片植入对 象的电路设备中，代替通用计算机，来完成对象的通 信、控制以及所有其他信号处理任务。与通用计算机 相比，嵌入式芯片具有体积小、重量轻、运行速度快、 便于集成、价格低、保密、工作可靠和便于大规模生 产等优点，所以适用于各种应用系统。统计资料说明， 从20世纪80年代出现这类系统以来，其所占有的市场 迅速扩大，目前已是通用计算机的几十至几百倍，而 且还在继续加大。可以预见，今后大部分信号处理系 统的开发人员在工作中所要面对的，将是这类系统
这种单片集成电路可以把一个复杂的系统集成在一个 芯片上，所以也称为芯片上的系统(System On Chip一 SOC)。在硬件结构方面的特点，它采用了很多种专 门技术，来提高信号处理的速度。例如①大多数芯片 采用定点式数据结构；②大量采用流水线结构，使芯 片在同一个时间能执行多条指令，③设计了一些专用 的硬件计算结构，如专用的乘法累加器，专用的F℉T硬 件等，④创建多机并行的接口和功能，.等等，这些 都可以提高速度。随着半导体集成电路的发展，时钟 频率的提高，执行一条乘加(MAC)指令的时间己降 低到10ns以下。软件方面则是采用专用的直接指挥芯 片内部寄存器累加器运算的汇编语言，它的运算速度 虽然快，但也带来了开发上的难度
• 这种单片集成电路可以把一个复杂的系统集成在一个 芯片上，所以也称为芯片上的系统（System On Chip— SOC）。在硬件结构方面的特点，它采用了很多种专 门技术，来提高信号处理的速度。例如① 大多数芯片 采用定点式数据结构；② 大量采用流水线结构，使芯 片在同一个时间能执行多条指令，③ 设计了一些专用 的硬件计算结构，如专用的乘法累加器，专用的FFT硬 件等，④ 创建多机并行的接口和功能，…等等，这些 都可以提高速度。随着半导体集成电路的发展，时钟 频率的提高，执行一条乘加（MAC）指令的时间已降 低到10ns以下。软件方面则是采用专用的直接指挥芯 片内部寄存器累加器运算的汇编语言，它的运算速度 虽然快，但也带来了开发上的难度
·用汇编语言写代码是底层设计，比如算一个1024点FFT, 用MATLAB只是一条语句，而运行时却要执行15000多 次乘法和加法的代码，一个应用系统需要的代码可能 多达几百万、几千万条，无论编写、调试、验证都是 非常耗时而痛苦的一件事。开发周期长、容易出错是 最大的问题。许多芯片制造商一直在不断地改进其开 发环境，已经有了从C语言到各种芯片程序代码的编译 软件。 ·MATLAB可以在概念和数学上验证用户的设计思想， 对于一个复杂的系统，我们可以写出一套MATLAB程 序，验证它的功能。但是在把这个思想付诸实现时， 却需要另外写一套汇编程序。写这样两套程序来实现 同一种功能，本身就是一种极大的负担和浪费
• 用汇编语言写代码是底层设计，比如算一个1024点FFT， 用MATLAB只是一条语句，而运行时却要执行15000多 次乘法和加法的代码，一个应用系统需要的代码可能 多达几百万、几千万条，无论编写、调试、验证都是 非常耗时而痛苦的一件事。开发周期长、容易出错是 最大的问题。许多芯片制造商一直在不断地改进其开 发环境，已经有了从C语言到各种芯片程序代码的编译 软件。 • MATLAB可以在概念和数学上验证用户的设计思想， 对于一个复杂的系统，我们可以写出一套MATLAB程 序，验证它的功能。但是在把这个思想付诸实现时， 却需要另外写一套汇编程序。写这样两套程序来实现 同一种功能，本身就是一种极大的负担和浪费
·自然而然会想到，是不是可以由顶层设计出发， 自动地向下生成代码，并且可以把仿真、检验 等功能和工具也都成套地建立起来。当然，数 学概念和代码实现两者的约束条件是不同的， 比如一个滤波器的系统函数，其实现的信号流 图就有很多种；选定了一个信号流图，它所采 用的系数的字长和阶码又可以有多种选择；再 下去还有多种芯片可以选择；.读者不难想象 到，这是一个多级的变换链，需要多种不同的 工具在不同层次上完成特定的任务
• 自然而然会想到，是不是可以由顶层设计出发， 自动地向下生成代码，并且可以把仿真、检验 等功能和工具也都成套地建立起来。当然，数 学概念和代码实现两者的约束条件是不同的， 比如一个滤波器的系统函数，其实现的信号流 图就有很多种；选定了一个信号流图，它所采 用的系数的字长和阶码又可以有多种选择；再 下去还有多种芯片可以选择；…读者不难想象 到，这是一个多级的变换链，需要多种不同的 工具在不同层次上完成特定的任务