基于dsp_builder的算法在FPGA上的实现

一、摘要

　　结合dsp_builder、matlab、modelsim和quartus ii等软件完成算法的FPGA实现。

 

二、实验平台

硬件平台：DIY_DE2

软件平台：quartus ii9.0 + ModelSim-Altera 6.4a (Quartus II 9.0) + dsp_builder9.0 + matlab2010b

 

三、软件平台的准备

1、软件的匹配

　　根据altera的官方文档，可以看到quartus ii、modelsim、dsp_builder和matlab的版本匹配信息。如图1所示。

 http://www.altera.com/support/ip/dsp/ips-dsp-version.html

图1 软件版本匹配

　　一般情况下，quartus ii、modelsim和dsp_builder版本一定要匹配，而matlab版本高于规定的版本也可以，但这样做有可能会出现某些模块不能使用的情况。

2、软件的安装

安装与破解dsp_builder的步骤可以参看“清风醉明月”同学的文章，链接如下：

DSP builder安装指南（以9.1为例）

 需要说明的是：

　　针对dsp_builder9.0版本的matlab版本应为2007b，而我的是2010b，虽说是兼容的，但是仍出现了些问题，如高级库的一些组件无法显示，如图2所示。最好的解决办法还是按照建议，使版本完全匹配。

图2 某些功能无法使用

 

 四、例程

　　通过一个正弦波的例程阐述dsp_builder的使用流程。可参看潘松著《EDA技术与VHDL》（第3版）第9章的例程。

1、建立simulink设计模型

　　在matlab中，新建立一个simulink模型，如图3所示。

图3 建立的simulink模型

2、simulink模型仿真（系统级，即算法级）

　　设置好参数后，运行仿真，双击scope可以看到仿真波形，如图4所示。

图4 simulink仿真波形

3、SignalCompiler使用方法

　　在simulink中完成仿真验证后，就需要把设计转到硬件上加以实现。这是整个DSP builder设计中最关键的一步，据此可以获得针对FPGA的VHDL RTL代码。如图5所示。

图5 SignalCompiler

4、使用modelsim进行RTL级仿真

　　这一步，其实是对由.mdl文件转换的VHDL文件进行仿真验证，可以通过添加TestBench组件实现。如图6所示。

图6 TestBench

　　另外，Launch GUI选型，勾选的话，则直接启动modelsim进行仿真；不勾选的话，可以通过modelsim的Tools菜单下的TCL——>Execute Macro...查找工程文件夹下的sinwave_add.tcl文件进行仿真。

5、使用Quartus II实现时序仿真

　　上一步是功能仿真，即modelsim中的前仿真。这是进一步验证时序仿真的正确与否，即后仿真。这一步，需要说明几点：

(1)Quartus II 9.1之前的软件自带仿真组件，而之后软件不再包含此组件。

(2)可以用modelsim实现后仿真，验证时序仿真。

6、FPGA的验证

　　将设计下载到FPGA，进行验证。通过示波器验证波形的正确与否。

 

五、总结

　　上面的流程涉及到的各个部分的具体使用，可以参看altera的dsp_builder官方文档。

dsp_builder的介绍：http://www.altera.com.cn/literature/hb/dspb/hb_dspb_intro.pdf

dsp_builder的基本库：http://www.altera.com.cn/literature/hb/dspb/hb_dspb_std.pdf

dsp_builder的高级库：http://www.altera.com.cn/literature/hb/dspb/hb_dspb_adv.pdf