DSP、MCU、FPGA、RAM的应用区别和联系

DSP、MCU、FPGA、RAM的应用区别和联系

一.DSP

DSP(Digital Signal Process)数字信号处理器是为独立快速的实现各种数字信号处理运算而专门设计的一种处理器件，它广泛运用于电气控制、通信、信号处理、仪器仪表、航天航空、生物医学和消费电子等领域。

DSP的特点：

(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。

（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。

（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问。

（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。

（5）快速的中断处理和硬件I/O支持。

（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。

（7）可以并行执行多个操作。

（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。

二．MCU

MCU也称微控制器或嵌入式控制器，它是为中、低成本控制领域而设计和开发的。单片机的位控能力强，I/O接口种类繁多，片内外设和控制功能丰富、价格低、使用方便，但与DSP相比，处理速度慢。DSP具有的高速并行结构及指令、多总线、单片机却没有。DSP处理算法的复杂度和大的数据处理流量更是单片机不可企及的。

三．FPGA

FPGA是英文Filed—Programmable Gate Array的缩写，即现场可编程阵列，作为专用集成电路（ASIC）领域的一种半制定电路而出现，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。内部包括可配置逻辑模块、输出输入模块和内部连线三个部分。内部具有丰富的触发器和I/O引脚，是ASCI电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。是小批量系统提高集成度、可靠性的最佳选择之一。FPGA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。

四．RAM

随机存取存储器（random access memory，RAM）又称作“随机存储器”，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存(内存)。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。按照存储单元的工作原理，随机存储器又分为静态随机存储器（英文：Static RAM，SRAM)和动态随机存储器（英文Dynamic RAM，DRAM)。静态存储单元（SRAM）存储原理：由触发器存储数据。单元结构：六管NMOS或OS构成优点：速度快、使用简单、不需刷新、静态功耗极低；常用作Cache 。缺点：元件数多、集成度低、运行功耗大。常用的SRAM集成芯片：6116(2K×8位)，6264(8K ×8位)，62256(32K×8位)，2114(1K×4位) 动态存储单元（DRAM）存贮原理：利用MOS管栅极电容可以存储电荷的原理，需刷新（早期：三管基本单元；之后：单管基本单元）。刷新(再生)：为及时补充漏掉的电荷以避免存储的信息丢失，必须定时给栅极电容补充电荷的操作。刷新时间：定期进行刷新操作的时间。该时间必须小于栅极电容自然保持信息的时间（小于2ms）。优点：集成度远高于SRAM、功耗低，价格也低。缺点：因需刷新而使外围电路复杂；刷新也使存取速度较SRAM慢，所以在计算机中，DRAM常用于作主存储器。尽

管如此，由于DRAM存储单元的结构简单，所用元件少，集成度高，功耗低，所以已成为大容量RAM的主流产品。

基于FPGA的QPSK调制解调电路设计与实现

基于FPGA的QPSK调制解调电路设计与实现数字调制信号又称为键控信号,调制过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制,最基本的方法有3种:正交幅度调制(QAM)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK).根据所处理的基带信号的进制不同分为二进制和多进制调制(M进制).多进制数字调制与二进制相比,其频谱利用率更高.其中QPSK(即4PSK)是MPSK(多进制相移键控)中应用最广泛的一种调制方式。 1 QPSK简介 QPSK信号有00、01、10、11四种状态。所以,对输入的二进制序列,首先必须分组,每两位码元一组。然后根据组合情况,用载波的四种相位表征它们。QPSK信号实际上是两路正交双边带信号, 可由图1所示方法产生。 QPSK信号是两个正交的2PSK信号的合成,所以可仿照2PSK信号的相平解调法,用两个正交的相干载波分别检测A和B两个分量,然后还原成串行二进制数字信号,即可完成QPSK信号的解调,解调过程如图2所示。

图1 QPSK信号调制原理图 图2 QPSK信号解调原理图 2 QPSK调制电路的FPGA实现及仿真 2.1基于FPGA的QPSK调制电路方框图 基带信号通过串/并转换器得到2位并行信号,,四选一开关根据该数据,选择载波对应的相位进行输出,即得到调制信号,调制框图如图3所示。 图3 QPSK调制电路框图 系统顶层框图如下

图中输入信号clk为调制模块时钟，start为调制模块的使能信号，x为基带信号，y是qpsk调制信号的输出端，carrier【3..0】为4种不同相位的载波，其相位非别为0、90、180、270度，锁相环模块用来进行相位调节，用来模拟通信系统中发送时钟与接收时钟的不同步start1为解调模块的使能信号。y2为解调信号的输出端。 2.2调制电路VHDL程序 程序说明

qpsk调制解调——基于fpga

一实验概述 本实验包括：分频器设计、计数器设计、串行移位输出器设计、伪码发生器设计、QPSK I/Q调制器设计、QPSK I/Q解调器设计，基于选项法中频调制器设计并将其综合起来组成一个系统。 二实验仪器 计算机ALTER公司的Quartus8.0 EDA试验箱。 三EDA及实验工具简介 EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA技术的出现，极提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。从应用领域来看，EDA技术已经渗透到各行各业，如上文所说，包括在机械、电子、通信、航空航航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA应用。 quartus II 是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。Altera quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字

系统设计者的欢迎。 四 实验步骤及实验模块参数 （一）设计一个分频器，要求29 分频。 （二）设计计数器，计数值16。 （三）设计串行移位输出器，移位级数14。 (四）设计伪码发生器，伪码产生的数据数率要8Kb/s ，特征方程13 59+++x x x 。 （五）设计QPSK I/Q 调制器，调制载波288KHZ ，基带速率576KHZ ，系统时 钟4068KHZ 。 （六）设计QPSK I/Q 解调器，调制载波576KHZ ，基带速率288KHZ ，系统时钟4068KHZ 。 （七）设计选项法中频调制，调制载波是基带载波的16倍。 （八）设计中频调制对应的解调器，解调出I/Q 两路信号，并合成原始信号。 （九）系统综合，用模块构建整个系统，实现调制解调功能。 实验项目设计要求： 利用自己前列试验项目设计结果，构建如下框图所示的调制、解调系统。完成对下述系统的构建、调试、仿真，使之达到运行正确。 D

qpsk调制解调——基于fpga

一 实验概述 本实验包括：分频器设计、计数器设计、串行移位输出器设计、伪码发生器设计、QPSK I/Q 调制器设计、QPSK I/Q 解调器设计，基于选项法中频调制器设计并将其综合起来组成一个系统。 二 实验仪器 计算机ALTER 公司的Quartus8.0 EDA 试验箱。 三 EDA 及实验工具简介 EDA 技术就是以计算机为工具，设计者在EDA 软件平台上，用硬件描述语言VHDL 完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。EDA 技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。从应用领域来看，EDA 技术已经渗透到各行各业，如上文所说，包括在机械、电子、通信、航空航航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA 应用。 quartus II 是Altera 公司的综合性PLD 开发软件，支持原理图、VHDL 、VerilogHDL 以及AHDL （Altera Hardware Description Language ）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD 设计流程。quartus II 可以在XP 、Linux 以及Unix 上使用，除了可以使用Tcl 脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。Altera quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。 四 实验步骤及实验模块参数 （一）设计一个分频器，要求29 分频。 （二）设计计数器，计数值16。 （三）设计串行移位输出器，移位级数14。 (四）设计伪码发生器，伪码产生的数据数率要8Kb/s ，特征方程13 59+++x x x 。 （五）设计QPSK I/Q 调制器，调制载波288KHZ ，基带速率576KHZ ，系统时 钟4068KHZ 。 （六）设计QPSK I/Q 解调器，调制载波576KHZ ，基带速率288KHZ ，系统时钟4068KHZ 。 （七）设计选项法中频调制，调制载波是基带载波的16倍。 （八）设计中频调制对应的解调器，解调出I/Q 两路信号，并合成原始信号。 （九）系统综合，用模块构建整个系统，实现调制解调功能。

基于FPGA的QPSK调制解调电路设计与实现

基于FPGA的QPSK调制解调电路设计与实现 数字调制信号又称为键控信号,调制过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制,最基本的方法有3种:正交幅度调制(QAM)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK).根据所处理的基带信号的进制不同分为二进制和多进制调制(M进制).多进制数字调制与二进制相比,其频谱利用率更高.其中QPSK(即4PSK)是MPSK(多进制相移键控)中应用最广泛的一种调制方式。 1 QPSK简介 QPSK信号有00、01、10、11四种状态。所以,对输入的二进制序列,首先必须分组,每两位码元一组。然后根据组合情况,用载波的四种相位表征它们。QPSK信号实际上是两路正交双边带信号, 可由图1所示方法产生。 QPSK信号是两个正交的2PSK信号的合成,所以可仿照2PSK信号的相平解调法,用两个正交的相干载波分别检测A和B两个分量,然后还原成串行二进制数字信号,即可完成QPSK信号的解调,解调过程如图2所示。

图1 QPSK 信号调制原理图 图2 QPSK 信号解调原理图 2 QPSK 调制电路的FPGA 实现及仿真 2.1基于FPGA 的QPSK 调制电路方框图 基带信号通过串/并转换器得到2位并行信号,,四选一开关根据该数据,选择载波对应的相位进行输出,即得到调制信号,调制框图如图3所示。 基带信号clk start 串/并转换四选一开关 分 频 0°90°180°270° 调制信号 FPGA 图3 QPSK 调制电路框图 系统顶层框图如下

图中输入信号clk为调制模块时钟，start为调制模块的使能信号，x为基带信号，y是qpsk调制信号的输出端，carrier【3..0】为4种不同相位的载波，其相位非别为0、90、180、270度，锁相环模块用来进行相位调节，用来模拟通信系统中发送时钟与接收时钟的不同步start1为解调模块的使能信号。y2为解调信号的输出端。 2.2调制电路VHDL程序 程序说明 信号yy 载波相位载波波形载波符号 “00”0°f3 “01”90°f2 “10”180°f1 “11”270°f0

论文 基于FPGA的QPSK解调器的设计与实现

基于FPGA 的QPSK 解调器的设计与实现 Design and Realization of QPSK Demodulation Based on FPGA Technique 赵海潮（Zhao ，Haichao ） 周荣花（Zhou ，Ronghua ） 沈业兵（Shen ，Yebing ） 北京理工大学 （北京 100081） 摘要：根据软件无线电的思想，用可编程器件FPGA 实现了QPSK 解调，采用带通采样技术对中频为70MHz 的调制信号采样，通过对采样后的频谱进行分析，用相干解调方案实现了全数字解调。整个设计基于XILINX 公司的ISE 开发平台，并用Virtex-II 系列FPGA 实现。用FPGA 实现调制解调器具有体积小、功耗低、集成度高、可软件升级、扰干扰能力强的特点，符合未来通信技术发展的方向。 关键词：QPSK ；FPGA ；软件无线电；带通采样 中图分类号：TN91 文献标识码：A Abstract ： This paper describes the design of QPSK demodulator based on the Xilinx's FPGA device. It is in accord with software radio, bandpass sampling and coherent demodulation techniques are used in the demodulation, and also make analysis with the spectrum. key words ： QPSK ；FPGA ；software radio ；bandpass sampling 1、引言 四相相移键控信号简称“QPSK ”。它分为绝对相移和相对相移两种。由于绝对移相方式存在相位模糊问题，所以在实际中主要采用相对移相方式QDPSK 。它具有一系列独特的优点，目前已经广泛应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。FPGA 器件是八十年代中期出现的一种新概念,是倍受现代数字系统设计工程师欢迎的新一代系统设计方式。FPGA 器件可反复编程，重复使用，没有前期投资风险，且可以在开发系统中直接进行系统仿真，也没有工艺实现的损耗。因此在小批量的产品开发、研究场合，成本很低。 本文按照软件无线电的设计思想，先进行计算机模拟仿真，具体实现中充分利用FPGA 的特点，并通过带通采样技术，成功的实现了对70MHz 中频QPSK 信号的解调。 2、解调器的设计与实现 在全数字实现QDPSK 解调的过程中，与AD 接口的前端需要很高的处理速度，但是这些处理的算法又比较简单，FPGA 器件独特的并行实时处理的特点刚好可以在这里得到体现，因此，ADC 以后的数字信号处理全部由FPGA 来实现。考虑到QDPSK 相干检测比差分检测有 2.3dB 功率增益，选择用相干解调算法实现解调。解调方框图如下： 图1解调框图 本文采用的解调方案是将AD 量化得到的数字信号)(n x 与NCO 产生的一对相互正交的本

基于fpga的qpsk调制解调的仿真及相关软件设计毕业设计

1 引言 1．1 研究背景 自1897年意大利科学家G.Marconi首次使用无线电波进行信息传输并获得成功后，在一个多世纪的时间中，在飞速发展的计算机和半导体技术的推动下，无线通信的理论和技术不断取得进步，今天，无线移动通信已经发展到大规模商用并逐渐成为人们日常生活不可缺少的重要通信方式之一。 随着数字技术的飞速发展与应用数字信号处理在通信系统中的应用越来越重要。数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。频带传输系统也叫数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合信道传输的频带上数字调制信号有称为键控信号。在调制的过程中可用键控[1]的方法由基带信号对载频信号的振幅，频率及相位进行调制最基本的方法有三种：正交幅度调制（QAM）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。 作为数字通信技术中重要组成部分的调制解调技术一直是通信领域的热点课题。随着当代通信的飞速发展，通信体制的变化也日新月异，新的数字调制方式不断涌现并且得到实际应用[2]。目前的模拟调制方式有很多种，主要有AM、FM、SSB、DSB、CW等，而数字调制方式的种类更加繁多，如ASK、FSK、MSK、GMSK、PSK、DPSK、QPSK、QAM等。如果产生每一种信号需要一个硬件电路甚至一个模块，那么能产生几种、十几种通信信号的通信机的电路将相当复杂，体积重量将会很大，而且要增加新的调制方式也是十分困难的。在众多调制方式中，四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying，QPSK)信号由于抗干扰能力强而得到了广泛的应用[3], [4]，具有较高的频谱利用率和较好的误码性能，并且实现复杂度小，解调理论成熟，广泛应用于数字微波、卫星数字通信系统、有线电视的上行传输、宽带接入与移动通信等领域中[5]，并已成为新一代无线接入网物理层和B3G通信中使用的基本调制方式[6]。现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)是20世纪9年代发展起来的大规模可编程逻辑器件，随着电子设计自动化(ElectronDesign Automation EDA)技术和微电子技术的进步，FPGA的时钟延迟可达到ns级，结合其并行工作方式，在超高速、实时测控方面都有着非常广阔的应用前景[7]。FPGA具有高集成度、高可靠性等特点，在电子产品设计中也将得到广泛的应用。FPGA器

QPSK的FPGA实现

QPSK的FPGA实现 摘要 数字调制解调技术在数字通信中占有非常重要的地位, 数字通信技术与FPGA 的结合是现代通信系统发展的一个必然趋势。QPSK数字调制技术，具有频谱利用率高、频谱特性好、抗干扰性能强、传输速率快等突出特点，在移动通信、卫星通信中具有广泛应用价值，但是基于FPGA的全数字QPSK 调制解调仍在进一步研究发展中。 本文首先叙述了QPSK调制解调技术的工作原理和数字式调制与解调的特点。其次对QPSK的调制和解调设计展开讨论。设计包括QPSK的调制、解调两部分，基于对整个设计的要求进行分析及对QPSK实现FPGA进行功能的分解，以此划分成比较小的模块，自下而上设计系统；根据QPSK的原理分别画出QPSK调制、解调的实现框图。设计中设定每个比特对应特定的载波，并以载波作为比较，实现最后的对应的输出结果。最后基于VHDL 语言分别完成QPSK的调制与解调，完成系统的设计方案，在MAX+PLUSII 环境下对模块逻辑、时序进行仿真调试的仿真结果表明了该设计的正确性，并综合得出RTL的结构图。 关键词：QPSK,FPGA,调制,解调

FPGA IMPLEMENTATION OF QPSK ABSTRACT Technology of digital modulation and demodulation plays an important role in digital communication system and the combination of digital communication technology and FPGA is certainly a trend.QPSK digital modulation technique has features of high-spectrum utilization ratio，better spectrum specification, stronger anti-interference performance and faster baud rate and has been applied widely in mobile communication system and satellite communication system．But all-digital QPSK modulation and demodulation based on FPGA is still towards further research and development． At first, this paper describes the principle of QPSK modulation and demodulation technology as well as the characteristics of digital modulation and demodulation. In the following words we mainly provide the discussion combined with the research and design of the QPSK modulation and demodulation .This design has two parts, which are QPSK modulation and demodulation .The analysis on the whole design requirement and the decomposition of QPSK function in FPGA lay the basis for the smaller divided modules. Then we can start up the bottom-up design .Respectively, we draw QPSK modulation and demodulation diagram on the basis of the principle of QPSK. The design supposes each bit corresponds to a specific carrier .To achieve the final result of the corresponding output, we should take carrier as a comparison. In the end, we use VHDL to achieve the QPSK modulation and demodulation. After completing the whole system design, it goes on with simulation on module logic, timing in the MAX+PLUSII environment. The simulation results indicate that the design is correct and comprehensively deduce the RTL's chart.