1、FPGA 在数字信号处理中的发展与应用

FPGA 在数字信号处理中的发展与应用

1 FPGA 引领数字信号处理变革

现场可编程门阵列（FPGAs）正处于变革数字信号处理（DSP）的前沿，就像近二十年前可编程数字信号处理器（PDSPs）所做的那样。许多前端数字信号处理算法，如快速傅里叶变换（FFTs）、有限脉冲响应（FIR）或无限脉冲响应（IIR）滤波器等，以前通常使用专用集成电路（ASICs）或 PDSPs 构建，现在大多被 FPGAs 所取代。

现代 FPGA 系列通过快速进位链（如赛灵思的 Virtex、阿尔特拉的 FLEX）提供 DSP 算术支持，可高速、低开销、低成本地实现乘累加（MAC）操作。而早期的 FPGA 主要用于 TTL“胶合逻辑”，不具备实现 DSP 功能所需的高门数。

1.1 FPGA 的优势

与 ASICs 和 PDSPs 相比，FPGAs 具有诸多优势，具体如下表所示：
|对比项|ASICs|PDSPs|FPGAs|
| ---- | ---- | ---- | ---- |
|尺寸、重量和功耗|有一定程度的减小| - |减小|
|吞吐量|较高| - |更高|
|防非授权复制安全性|较好| - |更好|
|设备和库存成本| - | - |降低|
|电路板测试成本| - | - |降低|
|开发时间|长| - |短（快速原型）|
|在线可重编程性| - | - |支持|
|非经常性工程（NRE）成本|高| - |低|
|并行性利用| - |差|好，可高效实现多个 MAC 调用，去除零乘积项|
|流水线| - |需要额外资源|每个逻辑单元（LE）有寄存器，