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插值查找表:实现DSP功能的简便方法

—— Interpolated Lookup Tables Simple Way to Implement a DSP Function
作者:DanieleBagni 赛灵思公司DSP专家兼现场应用工程师时间:2010-03-02来源:电子产品世界

  如果数字信号处理器内核没有您需要的确切功能,可使用(ILUT)来解决这一问题。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/106456.htm

  作为赛灵思的现场工程师,我常常问这样的问题:我们是否能够提供一款其功能可满足客户所有独特设计要求的内核。有时候内核会太大,太小或者不够快。有时,我们会开发一款能确切满足客户需求的内核,并迅速以CORE Generator商标推出。不过即便在这种情况下,客户仍然想要一套特定的功能,而且刻不容缓。在这些情况下,我常常建议他们使用我们器件中的来定制他们的功能。

  查找表(LUT)实质上是一个存储元件,能够根据任何给定的输入状态组合,“查找”输出,以确保每个输入都有确切的输出。采用LUT来实现DSP功能具有一些重大优势:

  ● 可用诸如MATLAB或Simulink等高抽象层编程语言改变LUT内容。

  ● 可以设计一项DSP功能来运行那些采用离散逻辑运算将极度困难的数学函数,比如y=log(x)、y=exp(x)、y=1/x、y=sin(x)等。

  ● LUT还可轻松执行在可配置逻辑块(CLB)芯片,以及嵌入式乘法单元或DSP48可编程乘法累加(MAC)单元方面可能要求过多FPGA资源的复杂数学函数。

  不过,以这种方式使用LUT当然也会存在一些弊端。当您使用LUT来实现DSP功能时,您必须使用块RAM(BRAM)元件。若执行函数y=sqrt(x)(其中x表示16位输入,y表示18位输出),每个变量则需要约64个18KB BRAM单元。如果,比如说,您的目标是实现小型化Spartan器件,或者您有太多的运算需要执行,无法为每个变量省出64个BRAM单元,建议您放弃这种需要如此大量BRAM单元的方法,从系统架构的角度来看,这种方法代价太大。

  插值LUT方法不仅具有LUT方法在实现DSP功能时所带来的各种优势,而且无需使用太多BRAM单元。采用这种方法,您可以使用来自容量较小的LUT(比如,1000字LUT)的连续输出,线性地对其内插,以模拟更大容量的LUT。这样,您就可以实现比1000字LUT更高的数值分辨率。此外,通过这种方法,仅需1个BRAM、1个嵌入式乘法器(或DSP48),以及少数几个CLB芯片便可实施控制逻辑,因此LUT的使用成本变得更加合理化。而且,从信噪比的角度来看,其数值精度也是非常让人满意。

  当然,应用插值LUT(ILUT)方法需要一定的技巧。举例来说,采用该方法执行y=sqrt(x)函数时,可以清楚地显示ILUT在空间占用、时序和数值精度方面的性能。我们先大致看一下这个示例,然后我再讲解部分实例,说明如何使用这种方法来满足客户截然不同的需求,比如让传递函数呈非线性的传感器实现线性化,以及实施自适应有限脉冲响应(FIR)滤波器以消除合成孔径雷达(SAR)图像上的斑点噪声。

  使用System Generator for DSP进行设计

  为在赛灵思FPGA上实施DPS算法,我借助了采用MathWorks Simulink基于模型设计方法的System Generator for DSP设计与综合工具。System Generator得益于赛灵思在Simulink环境中的DSP模块组,可自动调用CORE Generator为DSP构建块生成高度优化的网表。Simulink是一种双精度浮点设计工具,而System Generator则是一款定点运算工具。不管怎样,您只要将这两种工具协同使用,就可以定义每个信号的总位数以及每个信号的二进制位置,从而在定点运算中巧妙处理分数。仿真结果周期精确、位真,因此您可以方便地将它们与MATLAB脚本或Simulink模块生成的浮点参考值相比较,以检查量化误差。

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关键词: Xilinx DSP 插值查找表

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