数字信号处理技能和大规划集成电路技能的迅猛开展，为咱们规划数字电路供给了新思路和新办法。当时数字体系规划正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向开展。DSP和FPGA技能的开展使这一趋势成为或许和必定。
和核算机相同，数字信号处理的理论从60年代兴起以来，到80年代DSP发生，它飞速开展改变了信号处理的相貌。今日DSP已广泛运用在语音、图画、通讯、雷达、电子对抗、仪器仪表等各个领域。DSP起了十分要害的效果，成为数字电路规划的首要办法。
二十世纪80年代以来，一类先进的门阵列——FPGA的呈现，发生了另一种数字电路规划办法，具有十分杰出的运用远景。依据FPGA的数字电路规划办法在可靠性、体积、本钱上的优势是巨大的。
除了上述两种方案，还有DSP+FPGA方案，以及挑选内部嵌入DSP模块的FPGA完结体系的方案。
1 DSP和FPGA的结构特色
1.1 DSP的结构特色
DSP是一种具有特别结构的微处理器。DSP芯片的内部选用程序和数据分隔的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛选用流水线操作，供给特别的DSP 指令，能够用来快速地完结各种数字信号处理算法。依据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下的一些首要特色：
（1）在一个指令周期内可完结一次乘法和一次加法;
（2）程序存储器和数据存储器是两个彼此独立的存储器，每个存储器独立编址，能够一起拜访指令和数据;
（3）片内具有快速RAM，一般可经过独立的数据总线在两块中一起拜访;
（4）具有低开支或无开支循环及跳转的硬件支撑;
（5）快速的中止处理和硬件I/O支撑;
（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址发生器;
（7）能够并行履行多个操作;
（8）支撑流水线操作，使取指、译码和履行等操作能够堆叠履行。
1.2 FPGA的结构特色
FPGA的结构是由依据半定制门阵列的规划思维而得到的。从本质上讲，FPGA是一种比半定制还便利的ASIC（Application Specific Integrated Circuit 专用集成电路）规划技能。
FPGA的结构首要分为三部分：可编程逻辑块、可编程I/O模块、可编程内部连线。可编程逻辑块和可编程互连资源的结构首要有两种类型：即查找表类型和多路开关型。
查找表型FPGA的可编程逻辑单元是由功用为查找表的SRAM（StaTIc Random Access Memory 静态随机存取存储器）构成函数发生器，由它来操控履行FPGA运用函数的逻辑。SRAM的输出为逻辑函数的值，由此输出状况操控传输门或多路开关信号的通断，完结与其它功用块的可编程衔接。多路开关型可编程逻辑块的根本构成是一个多路开关的装备。运用多路开关的特性，在多路开关的每个输入接到固定电平或输入信号时，可完结不同的逻辑功用。许多的多路开关和逻辑门衔接起来，能够构成完结许多函数的逻辑块。
FPGA由其装备机制的不同分为两类：可再装备型和一次性编程型。近几年来，FPGA因其具有集成度高、处理速度快以及履行功率高档长处，在数字体系的规划中得到了广泛运用。
2 DSP与FPGA功用比较
DSP内部结构使它所具有的优势为：一切指令的履行时间都是单周期，指令选用流水线，内部的数据、地址、指令及DMA（Direct Memory Access直接存储器存取）总线分隔，有较多的寄存器。
与通用微处理器比较，DSP芯片的通用功用相对较弱些。DSP是专门的微处理器，适用于条件进程，特别是较杂乱的多算法使命。在运算上它受制于时钟速率，并且每个时钟周期所做的有用操作的数目也受约束。例如TMS320C6201只需两个乘法器和一个200 MHz 的时钟，这样只能在每秒完结400M的乘法。
将模仿算法、详细方针要求映射到通用DSP中，比较典型的DSP经过汇编或高档言语如C言语进行编程，实时完结方案。假如DSP选用规范C程序，这种C代码能够完结高层的分支逻辑和判别。例如通讯体系的协议仓库，这是很难在FPGA上完结的。从效果来说，选用DSP器材的优势在于：软件更新速度快，极大地进步了体系的可靠性、通用性、可替换性和灵敏性，但DSP的缺乏是遭到串行指令流的约束。
FPGA有许多自在的门，经过将这些门衔接起来构成乘法器、寄存器、地址发生器等等。这些只需在框图级完结，许多块能够从简略的门到FIR（Finite Impulse Response 有限冲激响应）或FFT（Fast Fourier Transform 快速傅里叶变换）在很高的等级完结。但它的功用遭到它一切的门数及时钟速度的约束。例如，一个具有20万门的Virtex 器材能够完结200MHz时钟的10个16位的乘法器。
FPGA包含有许多完结组合逻辑的资源，能够完结较大规划的组合逻辑电路规划;与此一起，它还包含有适当数量的触发器，凭借这些触发器，FPGA又能完结杂乱的时序逻辑功用。经过运用各种EDA （Electronic Design AutomaTIc 电子规划自动化）东西，规划人员能够很便利地将杂乱的电路在FPGA中完结。象微处理器相同，许多FPGA能够无限的从头编程，加载一个新的规划方案只需求几百毫秒。乃至现场产品能够很简略并且快速的完结。这样，运用重装备能够削减硬件的开支。
超越几MHz的取样率，一个DSP仅仅能完结对数据十分简略的运算。而这样简略的运算用FPGA将很简略完结，并且能到达十分高的取样速率。在比较低的取样速率时，全体上很杂乱的程序能够运用DSP，这关于FPGA来讲是很困难的。
关于较低速的事情，DSP是有优势的。能够将它们排队，并确保它们都能履行，可是在它们处理前或许会有些时延。而FPGA不能处理多事情，由于每个事情都有专用的硬件，可是选用这种专用硬件完结的每个事情的办法能够使各个事情一起履行。
假如需求主作业环境进行切换，DSP能够经过在程序里分出一个新的子程序的办法来完结，而关于每种装备FPGA需求树立专门的资源。假如这些装备是比较小的，那么在FPGA中能够一起存在几种装备;假如装备较大则意味着FPGA需求从头装备，而这种办法只在某些时分能够选用。
最终，FPGA是以框图办法编程的，这样很简略看数据流。DSP是依照指令的次序流来编程的。大多数的单处理体系都是以某种框图办法开端规划的。实际上，体系规划者大多以为将框图移植给FPGA比将其转化为DSP的C代码更简略。
3 怎么进行DSP和FPGA方案挑选
3.1 方案挑选准则
在挑选数字体系中心处理部分的方案时，有许多要素需求考虑。例如怎么充分运用已有资源（包含软、硬件）、体系要求的作业时钟速率以及算法或作业办法的特色等，这些对最佳方案的挑选有很大的影响。
详细地说，在开始的方案证明阶段，能够依据如下问题的答复状况来进行方案挑选：
（1）该体系的取样速率是多少？
假如高于几MHz，FPGA是天经地义的挑选。
（2）体系是否现已运用C言语编制的程序？假如是，DSP能够直接地完结。它或许达不到方案的最佳完结，但很简略进一步开发。
（3）体系的数据率是多少？
假如高于20～30Mbyte/second，则用FPGA处理更佳。
（4）有多少个条件操作？
假如没有，FPGA是很好的;假如许多，则软件的完结即DSP的完结是更好的挑选。
（5）体系是否运用浮点？
假如是，则运用可编程的DSP更好。现在为止，一些FPGA开发商，如Xilinx 公司的核还不支撑浮点，虽然自己能够规划。
（6）所需求的库是否能够取得？
DSP和FPGA都供给比如FIR或FFT等根本的构建模块。可是，更杂乱的或专用的构件或许得不到，这将决议挑选。
3.2 方案挑选示例
下面供给了几个数字电路规划比如，有助于了解前面介绍的方案挑选准则。
（1）用于无线数据接纳机的抽样滤波器。典型的CIC（Control Integrated Circuit 操控集成电路）滤波器作业在50～100MHz的取样率，5步CIC有10个寄存器和10个加法器。要求加速度在500～1000MHz。
在这一速率下任何的DSP处理器将很难完结。可是CIC只需十分简略的结构，这样以FPGA来完结将会很简略。100MHz的取样率能够到达，乃至某些类型的FPGA还能够有些剩下资源来完结进一步的处理。
（2）完结通讯仓库协议——ISDN（Integrated Services Digital Network 归纳服务数字网）。IEEE1394有很杂乱、许多的C代码，彻底不合适用FPGA来完结;可是用DSP来完结却很简略。不仅如此，一个信号编码基数能够得到保存，这样能够使代码仓库在某一产品的DSP上来完结，或许在另一块DSP上的别离的协议处理器来完结。这将给专门供给为代码仓库授权的供给厂家以时机。
（3）数字射频接纳机的基带处理器。一些类型的接纳机需求FFT来取得信号，然后匹配滤波器一次取得信号，这两个模块能够很简略的用任何一种方案完结。可是假如要求作业形式转化/信号取得和信号接纳的转化;则选用DSP方案更合适。由于FPGA方案需求一起完结两个模块。
这儿要注意，射频用FPGA完结更好，由于这是一个混合、多使命的体系。假如运用更大的FPGA，这样两个模块能够一起用一个FPGA来完结。
（4）图象处理器。关于图象的处理进程多是简略的和重复的，这样很合适用FPGA完结。可是，一个成像处理流程往往用于在所观测的方针辨认“斑驳”或“感兴趣的区域”。这些“斑驳”或许巨细不相同，形成后端的判别及处理进程趋于杂乱。一起，所用的算法往往是自适应的，取决于斑驳是什么样的。所以用DSP构成图象处理管道的后端处理部分是适宜的。
总归，DSP和FPGA代表着两种数字体系的信号处理的进程，各有所长和缺乏之处。关于许多高速采样频率的运用，特别是使命比较固定或重复的状况下，合适选用FPGA方案;相同，关于较低的取样速率和有很高杂乱度的软件问题的状况合适选用DSP方案。
4 新的规划思维
4.1 DSP+FPGA结构
DSP+FPGA结构最大的特色是结构灵敏，有较强的通用性，适于模块化规划，然后能够进步算法功率;一起其开发周期较短，体系易于保护和扩展。
例如，一个由DSP+FPGA 结构完结的实时信号处理体系中，低层的信号预处理算法处理的数据量大，对处理速度的要求高，但运算结构相对比较简略，适于用FPGA进行硬件完结，这样能一起统筹速度及灵敏性。高层处理算法的特色是所处理的数据量较低层算法少，但算法的操控结构杂乱，适于用运算速度高、寻址办法灵敏、通讯机制强壮的DSP芯片来完结。
FPGA能够完结模块级的使命，起到DSP的协处理器的效果。它的可编程性使它既具有专用集成电路的速度，又具有很高的灵敏性。
DSP具有软件的灵敏性;而FPGA具有硬件的高速性，从器材上调查，能够满意处理杂乱算法的要求。这样DSP+FPGA的结构为规划中怎么处理软硬件的联系供给了一个较好的解决方案。一起，该体系具有灵敏的处理结构，对不同结构的算法都有较强的适应能力，特别合适实时信号处理使命。
4.2 嵌入DSP模块的FPGA
运用将一些能完结根本数字信号处理功用的DSP模块嵌入的FPGA芯片是数字电路规划的另一个大趋势。
有些公司现已或方案把依据ASIC的微处理器或DSP芯核与可编程逻辑阵列集成组合在一块芯片上。FPGA供给的DSP功用已超越1280亿MAC每秒，大大高于现在干流供给商所能供给的传统DSP的功用。
其间，Xilinx作为国际可编程逻辑器材的领导厂商，具有先进的FPGA技能以及先进的开发东西。2000年11月，推出Xilinx XtremeDSP举动，企图进入这一商场。Virtex-II能够供给6千亿MAC（乘法累加运算）每秒的功用。选用这种并行结构，256阶FIR滤波器中的每个样本能够在一个时钟周期内处理完，因而极大地改进了DSP的功用和功率。
Xilinx XtremeDSP举动的方针是期望满意宽带革新的高功用应战。其它特性还包含依据如芯片面积（相应于运用的资源）和体系频率来优化DSP规划。XtremeDSP举动还推出了一些开发东西以补偿传统上在DSP和FPGA规划办法间存在的距离。
新的Virtex-II系列的增强结构使其在完结需求核算的算法时具有共同的优势。Xilinx供给的测试数据标明，Xilinx FPGA比业界最快的DSP运转要快100倍。因而，单个FPGA即可替代传统上所谓的DSP处理器阵列。
现在国际上的许多手机基站产品选用了Xilinx公司Virtex-E FPGA。为了树立许多的衔接，手机基站需求处理许多的数据，其间大部分是选用某种DSP完结的。
功用比较突出的还有QuickLogic公司推出的QuickDSP系列，它供给了嵌入式的DSP构件块和可编程的逻辑灵敏性。这个新的系列除了供给曾经的可编程的逻辑和存储模块外，还包含专用的乘加模块。这些组成的模块能够完结DSP功用。支撑DSP功用的软件能够由公司取得，除了QuickWorks开发软件外，DSP 导游包让运用者发生优化的功用，如定点或浮点算术逻辑，FIR和IIR（Infinite Impulse Response无限冲激响应）滤波器等，只需鼠标点击几下即可。
能够猜测，在不久的将来，单一的DSP或FPGA完结的数字体系会被DSP+FPGA的结构或嵌入DSP模块的FPGA规划结构所替代。
