隨著FPGA性能和容量的改進(jìn)，使用FPGA執(zhí)行DSP功能的做法變得越來越普遍。在許多情況下，同一應(yīng)用中同時(shí)使用處理器和FPGA，采用協(xié)處理架構(gòu)，讓FPGA執(zhí)行預(yù)處理或后處理操作，以加快處理速度。本文說明如何將FPGA和與固定功能DSP結(jié)合起來使用，設(shè)計(jì)一個(gè)基于多普勒測(cè)量原理的非侵入式測(cè)量系統(tǒng)。
圖1：電子束聚集技術(shù)。
傳統(tǒng)上，大量的應(yīng)用設(shè)計(jì)使用專門的數(shù)字信號(hào)處理(DSP)芯片或?qū)Ｓ脴?biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)并通過信號(hào)處理算法來處理數(shù)字信息，濾波、視頻處理、編碼與解碼、以及音頻處理等僅僅是眾多采用 DSP 的應(yīng)用中的一部分而已。
現(xiàn)在，隨著 FPGA 性能和容量的改進(jìn)，以及可以在大多數(shù) DSP 應(yīng)用中看到的通用算術(shù)運(yùn)算的效率的提高，使用FPGA執(zhí)行DSP功能的做法變得越來越普遍。在許多情況下，同一應(yīng)用中同時(shí)使用處理器和FPGA，采用協(xié)處理架構(gòu)，讓FPGA執(zhí)行預(yù)處理或后處理操作，以加快處理速度。
顯示此種趨勢(shì)的應(yīng)用之一是多普勒測(cè)量系統(tǒng)，它可以測(cè)量固體或液體在各種環(huán)境中流動(dòng)的速度。從管道中流動(dòng)的油，到人的心臟中流動(dòng)的血液，相對(duì)于以前的方法，基于多普勒測(cè)量原理的非侵入式測(cè)量方法可以極大地降低風(fēng)險(xiǎn)，減少成本和提高精度。一般來說，這些系統(tǒng)都是采用 DSP技術(shù)，將FPGA和如TI公司提供的固定功能DSP器件之類結(jié)合起來使用。
多普勒測(cè)量系統(tǒng)
多普勒測(cè)量系統(tǒng)利用多普勒效應(yīng)測(cè)量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(固體、液體或氣體)的速度。最著名的應(yīng)用大概要算雷達(dá)槍了，交通巡警利用它檢測(cè)超速汽車。
在測(cè)量除汽車速度之外的其他物體的運(yùn)動(dòng)(例如心臟中血液的流動(dòng))時(shí)，需要進(jìn)行多種測(cè)量，來確定更為復(fù)雜的流動(dòng)的細(xì)節(jié)。方法之一是利用電子束聚集技術(shù)。
在這種技術(shù)中，將使用大量探測(cè)器(許多小雷達(dá)槍)測(cè)量從發(fā)射源返回的頻率。這些探測(cè)器沿拋物線分布(如圖1 所示)，因此從焦點(diǎn)返回的信號(hào)將會(huì)同時(shí)到達(dá)每個(gè)探測(cè)器。將這些信號(hào)組合起來，并對(duì)顯著速度的微小波動(dòng)進(jìn)行少量處理，就可以確定位于焦點(diǎn)處的物體的速度。如果可以移動(dòng)探測(cè)器來對(duì)整個(gè)關(guān)注區(qū)域進(jìn)行掃描，那么這種方法效果會(huì)相當(dāng)好，但是如果沒有這樣的條件，則可以采用另外一種技術(shù)，它可以獲得同樣的結(jié)果。通過插入一定的可編程的延遲，改變各個(gè)探測(cè)器的輸入組合的時(shí)間，可以將焦點(diǎn)改變到關(guān)注區(qū)域中的幾乎任何位置。例如，加入一定的固定額外延遲可以使焦點(diǎn)遠(yuǎn)移，而改變延遲來縮短探測(cè)器一側(cè)的傳播路徑則會(huì)使焦點(diǎn)向該側(cè)移動(dòng)。
圖2 顯示了如何利用可調(diào)延遲產(chǎn)生拋物線形效果?？烧{(diào)延遲功能在富含寄存器的FPGA中極易實(shí)現(xiàn)，并可能成為從傳統(tǒng)DSP中剝離作為協(xié)處理器功能的一種功能。
