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tix系列,其性能完全滿足高速數(shù)字信號算是系統(tǒng)的設(shè)計要求。 1 stratix系列器件的主要特性 同其它含有嵌入式fir core的cpld相比較,stratix系列cpld采用了1.5v內(nèi)核,0.13μm全銅工藝,由quartusii 2.0以上版本軟件支持,可以重復(fù)編程,通過jtag接口或者eprom加載程序,內(nèi)部有dsp模塊、pll、大帶寬高速i/o接口和大容量存儲模塊。主要內(nèi)部資源參見表1。表1 stratix器件內(nèi)部資源表 內(nèi)部資源 ep1s10 ep1s20 ep1s25 ep1s30 ep1s40 ep1s60 ep1s80 ep1s120 邏輯單元 10,570 18,460 25,660 32,470 41,250 57,120 79,040 114,140 m512 ram模塊 94 194 224 295 384 574 767 1,118 m4k ram模塊 60 82 138 171 183 292 364 520 megaram模塊 1 2 2 4 4
兩種模式。輸出幀頻在0.5fps~30fps 之間可調(diào)。輸出窗口尺寸在4 ×2~ 664 ×492 之間可調(diào)。圖像數(shù)據(jù)輸出格式可以為8 位/ 16 位的ycrcb 4 : 2 :2 itu2656 、ir2601grb 4 :2 :2或rgb raw data。能工作在逐行/隔行掃描方式下,也能工作在彩色/ 黑白模式下。上述的所有性能,用戶可以根據(jù)自己的需要,通過sc2cb 接口設(shè)置芯片內(nèi)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行選擇。 人臉檢測跟蹤模塊 該模塊采用的fpga選擇altera公司stratix系列的ep1s25。該芯片的片上資源比較豐富,有25660個邏輯單元(le),1944576 bit的ram,10個dsp模塊,6個數(shù)字鎖相環(huán)(dpll),用戶可用的i/o最多達(dá)到702個。在ep1s25中嵌入nios軟核,控制連接在外部總線上的sram和flash,用它的以太網(wǎng)模塊單元控制以太網(wǎng)接口芯片lan91c11。 其中fpga 是主芯片,在1 片fpga 中包含了nios 處理器、sram 控制器、sdram 控制器、flash控制器、uart 以及攝像頭和外擴(kuò)sram 控制器的用戶邏輯模塊。這正體現(xiàn)
=xm-1(n)+xm-1(n+n/2m)xm(n+n/2m)=[xm-1(n)-xm-1(n+n/2m)]wrn 式中,m表示第m級蝶形算法,n為數(shù)據(jù)所在的行數(shù),n為所要計算的數(shù)據(jù)的點數(shù),wrn為旋轉(zhuǎn)因子。蝶形算法如圖2所示,由一次復(fù)乘、兩次復(fù)加組成。從上式可以得出基2蝶形運算需四個乘法器,但在研究實現(xiàn)中,旋轉(zhuǎn)因子wr和wi都先被歸一化,在本系統(tǒng)中,對實部和虛部分別按32位有符號數(shù)歸一化,所以用數(shù)據(jù)歸一化還需兩乘法器,也就是說一共需要六個乘法器。stratix系列芯片提供內(nèi)置乘法器內(nèi)核,ep1s25一共有80個8位乘法器。由8個8位乘法器可以組成一個32位乘法器,所以一共可以提供10個32位乘法器。在本系統(tǒng)中,fft運算需要6個32位乘法器,參考函數(shù)相乘需要4個32位乘法器,一共需要10個32乘法器,ep1s25剛好滿足要求。程序采用模塊化結(jié)構(gòu),可以很方便地修改點數(shù),滿足不同的系統(tǒng)要求,也可以以此為基礎(chǔ)改寫為基4的fft程序,應(yīng)用于更高檔的芯片,滿足更高系統(tǒng)的要求。用fpga實現(xiàn)fft的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。 以整個16點dif為例的基2fft的運算流程圖如圖4所示。1.2 基4fft
fpga器件的特點是可用硬件描述語言對其進(jìn)行靈活編程。利用fpga廠商提供的軟件可仿真硬件的功能。使硬件設(shè)計如同軟件設(shè)計一樣靈活方便??s短了系統(tǒng)研發(fā)周期。利用jtag接口可對其進(jìn)行isp(in system programmable 在系統(tǒng)編程)提高了系統(tǒng)的靈活性。隨著芯片集成度的提高,單片fpga內(nèi)不僅擁有大量的邏輯單元而且還能集成ram,rom,i/o及dsp塊等。從而使soc(system on_a_chip 片上系統(tǒng))成為現(xiàn)實。本文采用的是altera公司的stratix系列芯片的ep1s25。用altera公司的quartusii2.0軟件做硬件仿真和邏輯分析。并將輸出結(jié)果與matlab仿真結(jié)果進(jìn)行了比較。系統(tǒng)框圖如下(圖四): 代碼用vhdl硬件描述語言實現(xiàn)。本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點是:1。為提高數(shù)據(jù)精度,系統(tǒng)全部用16位寬。用data_array,write_array和fly_array三個數(shù)組實現(xiàn)了內(nèi)核的并行處理,可在10個時鐘周期內(nèi)算完32點復(fù)fft。時鐘周期為25納秒,因此32點fft只需250納秒。2。實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的流水輸入輸出。在計算第i組數(shù)據(jù)的同時,第i-1組的數(shù)據(jù)