Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ особенности современных синтезаторов частоты и методы их проектирования .
1.1. Особенности применения синтезаторов частоты в составе электронных средств и их основные характеристики , 13
1.1.1. аналоговый синтез (DAS) 14
1.1.2. Косвенные синтезаторы частоты (КСЧ) частоты на основе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 15
1.1.3.Цифровой синтез частоты 21
1.2. Анализ типовой схемы и элементной базы DDS 29
1.3. Анализ современных методов и средств проектирования 31
1.4. Постановка цели и задачи исследований 49
2. Математическое обеспечение автоматизированного проектирования САПР-DDS .
2.1. Разработка математических моделей компонентов DDS
с учетом структурной схемы синтезатора. 51
2.2. Основные принципы построения конфигурируемого цифрового модулятора на базе ПЛИС 55
2.3. Разработка структуры автоматизированной системы проектирования конфигурируемого цифрового модулятора на базе ПЛИС 57
2.4. Разработка математических критериев для динамически реконфигурируемого DDS-цифрового модулятора на базе ПЛИС 60
2.4.1. Временные критерии эффективного применения аппаратного DDSHa динамически реконфигурируемых ПЛИС 62
2.4.2. Критерии выбора элементной базы (ПЛИС) в зависимости от временных параметров системы 66
2.5. Выводы по главе 2 68
3. Разработка структуры сапр-dds и алгоритмов реализации ее компонентов
3.1. Разработка обобщенной структурной схемы процесса автоматизированного синтеза VHDL-моделей специализированных САПР-DDS 70
3.2. Разработка алгоритма поиска ПЛИС с требуемыми параметрами быстродействия 73
3.3. Разработка алгоритма синтез VHDL-модели проектируемого DDS на основе VHDL-модулей 76
3.4. Разработка принципа включения разработанного DDS в маршрут проектирования базовой САПР-ПЛИС 79
3.5. Синтезировать конфигурационные модели многократного DDS цифрового модулятора на базе языка VHDL 82
3.5.1. Конфигурация DDS-CORE 82
3.5.2. Конфигурация DDS-FSK модулятора 84
3.5.3. Конфигурация DDS-PSK модулятора 86
3.5.4. Конфигурация DDS-DQSK модулятора 88
3.6. Выводы по главе 3 89
4. Экспериментальная часть
4.1. Результаты разработки VIEDL-описаний DDS моделей и апробация экспертной системы 0DS 93
4.2. Выводы по главе 4...-. 105
Заключение 106
Литература 108
Приложение 120
- Косвенные синтезаторы частоты (КСЧ) частоты на основе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)
- Разработка структуры автоматизированной системы проектирования конфигурируемого цифрового модулятора на базе ПЛИС
- Разработка алгоритма поиска ПЛИС с требуемыми параметрами быстродействия
- Разработка принципа включения разработанного DDS в маршрут проектирования базовой САПР-ПЛИС
Введение к работе
Актуальность работы. Характерной особенностью разработки и производства современных и перспективных элеюропных средств (ЭС) является непрерывное увеличение их функциональных возможностей, улучшение технических характеристик и надежности, снижение сюимости, потребляемой мощности и размеров. Разрабатывать ЭС в этом случае позволяют современные сисіемьі авгоматизированного проектирования (САПР), а программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) и стандартные яіьїки описания аппаратуры (Hardware Description Languages-HDL) становятся ключевыми элементами в новых методологиях проектирования.
Увеличение частотного диапазона ЭС, использование различных видов модуляции, возрастание требований к стабильности частоты и скорости перестройки приводя! к юму, что одним из ключевых частей ЭС становятся задающие синтезаторы частоты. Под термином многокрагао конфигурируемого DDS-модулятора понимается многофункциональный модулятор, ядром которого является прямой цифровой синтезатор несущей частоты или сеіки частот (ЦСЧ) в форме іенератора с числовым программным управлением (DDS-NCO).
Агшарашая реализация многократно конфигурируемого DDS-модуля гора с различными функциями можег обеспечиваться одним из трех способов:
средствами стандартной дискретной цифровой лої ики;
заказными СБИС;
программируемыми логическими интеїральньїми схемами (ПЛИС).
Однако проекіироваиие посредством дискретной цифровой логики не всеїда
возможно п рамках заданных оіраничений. Кардинально проблема габаритов, быстродействия, упрощения конструкций печатных плаї и их надежности решается с помощью заказных СБИС. Использование же полностью заказных и
мяшигем, ,
полузаказных ИС на основе БМК нецелесообразно из-за высокой сюимоеіи характеристик проектируемого DOS модулятора по причине малой серийности.
В последние годы произошел резкий прорыв как в ісхнолоіии изготовления ПЛИС, іак и в разработке инсгрумешальных средств для проектирования и выпуска цифровых устройств на их основе. А технологический прорыв характеризуется резким увеличением числа эквивалентных логических вентилей, размещаемых на одном крис галле (до 10 млн. вентилей), повышением рабочей частоты (до 400 МГц) с резким одновременным снижением как удельной, так и абсолюшой сюимосіи.
Основным свойством ПЛИС, позволяющим сочетаїь достоинства специализированных ВИС и стандартных логических ИС, является возможное і ь производить многократную динамическую реконфигурацию (ДР) в процессе функционирования.
Решение задач проектирования DDS-модулятора с различными функциями и выбора алгоритмов для разных типов модуляции на базе ДР ПЛИС позволяет получить большой набор функций, оптимальный для каждою конкретного ЭС. Данный метод является гибким при модификации, позволяет улучшить технические возможности системы без конструктивных изменений. Изменение конфигурации ПЛИС непосредственно в системе ISP (In System programmable) во многих случаях более эффективно, чем применение более сложных и дорогих процессоров для получения той же производительности. Кроме этого, такие ЭС могут быстро и с малыми затраіами подвергаться модернизации.
Целью диссертационной работы - является повышение функциональных возможностей и сокращение времени проектирования ЭС с цифровыми синтезаторами на основе разработки алгоритмов автоматизированною проектирования конфигурируемого DDS- модуляюра на базе динамически реконфигурируемых ПЛИС.
* - * ' .v -, а ?
- » л- « » 2 ,
Для достижения иосіановленноіі цели необходимо решшь следующие задачи:
провес і и анализ современных синтезаторов частоты и методов их синтеза;
разработать и исследовать мегод автоматизированною проектирования конфшурируемого DDS модулятора на основе ДР аппаратных средств;
разрабоїагь магемаїическую модель конфиі-урируемоіо DDS модуляїора на базе ПЛИС;
синтезировать алюри їм работы моделей конфиіурируемою DDS модуляїора на основе VHDL;
нровесіи апробацию алгоршмов на примере специализированной жсперіной САПР конфигурируемою DDS модулятора.
Научная новизна работы заключается в разрабоїке меіодики и алгоритмов автомаїизированною проектирования конфигурируемого DDS- модуляїора на базе ПЛИС. В работе:
1. Предложена методика авюмаїизированного проектирования
конфигурируемого DDS модулятора на базе ПЛИС.
-
Сишезирована обобщенная структурная схема DDS-модуляюра, пригодная для реализации средствами САПР.
-
Разработана структурная схема экспертом САПР-DDS.
-
Предложены и исследованы модели конфигурируемою DDS- модулятора и алгоритм их синтеза.
Практическая ценность работы заключается в следующем: Разработана экспертная САПР для сишеза VHDL моделей DDS-модулягора, коюрая позволяет
сократим, сроки проектирования специализированных DDS за счет средств автоматизированной подготовки описаний проект;
расширить функциональные возможности существующих СЛПР-ПЛИС за счет авюмати'шрованиого синтеза файла описаний высокого уровня проекта и перепрограммирования ШІИС;
повысить гибкость проектирования и модернизации DDS модуля юров за счег использования ранее разработанных или создания новых моделей в виде описаний высокого уровня и возможностей изменения конфшурации используемой ІІЛИС.
Апробация работы. Разработанные в диссертации модели, алгоритмы и методика проектирования цифровою DDS-модулягора на базе ПЛИС использовалисьв учебном процессе на кафедре «Конструирование и технология радиоэлектронных средств» и кафедре «Защита информации» Владимирского і осударсчвенного университета.
Публикации. Основные результаты, полученные в диссертации, изложены в 6 публикациях.
В заключении приведены основные результаты работы.
В приложениях приведены дополнительные материалы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на (126) страницах и иллюстрированных (42) рисунками и (6) таблицами, а также списка литературы из (116) наименований.
Косвенные синтезаторы частоты (КСЧ) частоты на основе фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ)
В данной главе определяются сферы применения синтезаторов частоты и их основные характеристики, проводится анализ типовых методов прямого цифрового синтеза частоты и элементной базы для их реализации, рассматриваются методы автоматизированного проектирования цифровых устройств с использованием высокоуровневых языков описания аппаратуры. На основании анализа определяется практическая необходимость и актуальность решения задач, подлежавших исследованию и разработке в диссертационной работе.
Под термином синтезатор частоты понимают электронное устройство, способное формировать из опорной частоты на входе требуемую на выходе частоту или набор частот, согласно управляющим сигналам [15,56,89]. Функция синтезатора частоты должна адаптировать работу опорного генератора к частотам, которые являются полезными для пользователя. Для генерации несущей частоты наиболее распространенными являются следующие методы синтеза частот[84,105,114]: - аналогового синтеза (Direct Analog Synthesis, DAS) на основе структуры смеситель/фильтр/делитель/умножитель, при котором выходная частота получается непосредственно из опорной частоты посредством операций смешения, фильтрации, умножения и деления; - косвенного синтеза на основе фазовой автоматической подстройки частоты ФАПЧ (Phase Locked Loop, PLL), при котором выходная частота формируется с помощью дополнительного генератора (чаще всего это генератор, управляемый напряжением —(Voltage Controlled Oscillator, VCO), охваченного петлей ФАПЧ [12,55,21,71,83,42,5721]; двухуровневого синтеза частот на основе программируемого делителя частоты (Frequency Divider) [17,23]; прямого цифрового синтеза (Direct Digital Synthesis, DDS), при котором выходной сигнал синтезируется цифровыми методами; гибридный синтез, представляющий собой комбинацию нескольких методов, описанных выше. Каждый из этих методов синтеза частот имеет преимущества и недостатки, следовательно, для каждого конкретного приложения нужно делать выбор, основанный на наиболее приемлемой комбинации компромиссов. К основным параметрам, характеризующим качество синтезатора частоты, относятся [15]: чистота спектра выходного сигнала (уровень побочных компонентов и уровень шума); диапазон перестройки (полоса частот выходного сигнала); скорость перестройки; частотное разрешение; количество генерируемых частот; гибкость (возможность осуществления различных видов модуляции). Аналоговый принцип синтеза частоты Структурная схема прямого аналогового синтезатора показана на рис. 1.1 [56]. Этот метод синтеза называют прямым, потому что в нем отсутствует процесс коррекции ошибки. Следовательно, качество выходного сигнала напрямую связано с качеством опорного сигнала. Фазовый шум такого синтезатора достаточно низок вследствие прямого синтеза. Перестройка по частоте может быть очень быстрой. Одной из важных особенностей DAS-синтезатора на основе смесителя/фильтра является возможность вернуться на любую частоту и продолжать работать в той же фазе, как если бы перехода не было вообще. Этот эффект называют «фазовой памятью». Для перестройки по частоте используется переключаемый банк опорных генераторов. Это удобно, например, для радиостанций с небольшим количеством каналов. Но для перекрытия широкого диапазона частот потребуется большое количество опорных генераторов, что является весьма дорогостоящим решением. Используя делители частоты, имеющие структуру смеситель/фильтр/делитель/умножитель, можно уменьшить количество необходимых опорных генераторов, хотя и в этом случае возможности перестройки останутся более чем скромными[84,114]. Система фазовой автоматической подстройки частоты, далее ФАПЧ (Phase - Locked Loop, PLL), представляет собой самостоятельный узел, входящий в состав различной аппаратуры связи, систем спутникового вещания и передачи данных, а также в состав устройств, являющихся стабильными источниками сигналов.
Система ФАПЧ [57,55,21,71], как следует из её названия, является системой автоматического регулирования (следящей системой), частота настройки которой определяется частотой управляющего сигнала, а сигналом рассогласования является разность фаз управляющего сигнала и сигнала обратной связи. В связи с тем, что настройка осуществляется по разности фаз, система является астатической по отношению к частоте: в установившемся режиме частота настройки точно равна частоте управляющего сигнала. При определённых условиях система ФАПЧ может быть астатической и по фазе.
Наряду с основным свойством автоподстройки, система ФАПЧ обладает свойством фильтрации и ведёт себя, независимо от функционального назначения, как следящий полиномиальный фильтр. Система ФАПЧ является системой с многофункциональными возможностями и используется для частотной модуляции и демодуляции, частотной фильтрации (в том числе, фильтрации модулирующей функции частоты), умножения и преобразования частоты, выделения опорного колебания для когерентного детектирования и др. Система ФАПЧ может быть аналоговой, импульсной, цифровой или комбинированной (аналого-импульсной, импульсно-цифровой и так далее) [57,55,21,71].
Разработка структуры автоматизированной системы проектирования конфигурируемого цифрового модулятора на базе ПЛИС
Амплитудные шумы на выходе СЧ могут быть значительно уменьшены включением после ФНЧ ограничителя, после которого в случае необходимости иметь синусоиду снова ставят ФНЧ.
Однако большая часть искажений выходного сигнала происходит непосредственно от ЦАП. То есть спектральная чистота аналогового выходного сигнала, прежде всего, определена ЦАП. Необходимо заметит, что на фазовый шум системы так же оказывает влияние и задающий тактовый генератор. С уменьшением процентного соотношения тактовой и выходной частот, чистота спектра выходного сигнала (уровень побочных компонентов и уровень шума- SFDR) улучшается. Более детальное описание приведено в литературе [102,100,94,82].
Поскольку DDS-система - это дискретная система данных и выход её является дискретным сигналом, его выходной спектр подчинён теореме дискретизации Найквиста. Поэтому должны рассматриваться все составляющие, вовлечённые в осуществление выборки: шум квантования (фазовое и амплитудное), эффект наложения (появление помех при недостаточно высокой частоте дискретизации, неровность, ступенчатость), фильтрация и т.п.
Таким образом, выражения (1)-(16) можно считать обобщенной математической моделью (ММ) специализированного DDS-ядра, структурная схема которого приведена на рис. 1.12. Данная ММ позволяет по известным исходным данным провести расчет основных временных характеристик проектируемого DDS-NCO синтезатора частоты.
Как было показано в первой главе, поскольку в DDS выходной сигнал синтезируется в цифровом и аналоговом виде, тогда при объединении DDS-ядра с дополнительными обрабатывающими сигнальными блоками можно реализовать конфигурируемый DDS-модулятор, обеспечивающий следующие виды модуляции как: AM, FM, РМ, QAM, BASK, BFSJC, BPSK, QSK, РАМ, PPM, PDM и др. (таблица 1).
Так как в большинстве электронных средств используются не все виды модуляции, то рассмотрим только FSK, PSK и квадратурную манипуляцию, как наиболее распространенные.
Для аппаратной реализации, многократного конфигурируемого DDS цифрового модулятора требуется максимально гибкая элементная база, которой и являются ДР ПЛИСПЛИС позволяет сочетать достоинства специализированных БИС (логической структуры для каждого применения, высокая степень интеграции, высокое быстродействие) и стандартных логических ИС (цикл проектирования на рабочем месте конструктора за короткое время, легкое внесение изменений в проект, как во время разработки, так и во время эксплуатации, экономическая эффективность для единичных и мелкосерийных устройств). Однако возможность ПЛИС производить многократную динамическую реконфигурацию ДР в процессе функционирования позволяет предложить принципиально новый подход к реализации вычислений. Данный подход является гибким и универсальным и во многих случаях более эффективен, чем применение более сложных и дорогих процессоров для получения той же производительности [40].
Так как в большинстве электронных средств используются не все виды модуляции, то рассмотрим только FSK, PSK и квадратурную манипуляцию, как наиболее распространенные.
Для аппаратной реализации, многократного конфигурируемого DDS цифрового модулятора требуется максимально гибкая элементная база, которой и являются ДР ПЛИСПЛИС позволяет сочетать достоинства специализированных БИС (логической структуры для каждого применения, высокая степень интеграции, высокое быстродействие) и стандартных логических ИС (цикл проектирования на рабочем месте конструктора за короткое время, легкое внесение изменений в проект, как во время разработки, так и во время эксплуатации, экономическая эффективность для единичных и мелкосерийных устройств). Однако возможность ПЛИС производить многократную динамическую реконфигурацию ДР в процессе функционирования позволяет предложить принципиально новый подход к реализации вычислений. Данный подход является гибким и универсальным и во многих случаях более эффективен, чем применение более сложных и дорогих процессоров для получения той же производительности [40].
Итак, в связи с этим наиболее целесообразной представляется реализация конфигурируемого DDS на основе ДР ПЛИС. Этот вариант имеет целый ряд преимуществ относительно всех остальных: 1) ДР ПЛИС позволяет в разные моменты времени использовать один и тот же кристалл для реализации различных цифровых устройств, оптимальных для каждого применения, которые наилучшим образом соответствуют изменяющимся во времени внешним условиям при малой требуемой логической емкости ПЛИС {т.е. сокращение аппаратных затрат); 2) себестоимость элементной базы значительно меньше, чем при использовании специализированной СБИС или высокопроизводительных цифровых сигнальных процессоров; 3) реализация на ПЛИС является аппаратной, что обеспечивает высокое быстродействие устройства, и возможность работы в режиме реального времени; 4) кроме чисто «экономических достоинств», устройства на основе ДР ПЛИС могут очень быстро и с малыми затратами подвергаться модернизации (upgrade).
Разработка алгоритма поиска ПЛИС с требуемыми параметрами быстродействия
Как указывалось выше, целью первого этапа проектирования является проверка возможности реализации требуемых временных и точностных характеристик проектируемого DDS на основе имеющихся библиотечных компонентов и элементной базы. Критичным параметром на данном этапе является тактовая частота системы DDS, значение которой определяет выходнуюой частоту. По умолчанию рекомендуется использовать модель DDS, представленную на рис. (1.12), подробное описание которой было приведено в главе 2.
После выбора нужной модели DDS из библиотеки необходимо выполнить запрос к СУБД на поиск в имеющейся библиотеке ПЛИС с параметром / , позволяющей получить требуемое значение выходной частоты в соответствии с выражением (2.5) для используемой модели DDS и определить его спектр синтезируемых частот 5f=fH-fL в соответствии с условием (2.2) при заданных п и Ав параметров DDS в соответствии с условиями (2.6) и (2.7).
Если результат поиска положительный, формируется список отобранных ПЛИС {Р} и метка результата выполнения этапа устанавливается в значение «истина». В противном случае - метка устанавливается в значение «ложь».
По окончании выполнения первого этапа проектирования необходимые результаты должны быть переданы в основную программу.
Таким образом, наличие в составе предлагаемой экспертной системы модуля проверки возможности реализации требуемых временных и точностных характеристик проектируемого DDS на основе имеющихся библиотечных компонентов и элементной базы дает возможность исключить средствами автоматизированного проектирования заведомо нереализуемые варианты на ранних стадиях проектирования, что позволит сократить сроки проектирования и уменьшить его трудоемкость. Выполнение второго этапа проектирования, в соответствии с рис. 3.1, возможно только в случае положительного результата выполнения первого этапа Исходными данными для выполнения данного этапа проектирования являются: - FreqCode I - PhaseCade; - SineOut; - библиотека компонентов модуля фазового аккумулятора. - библиотека компонентов модуля sineable (LUT). Блок-схема алгоритма синтеза VHDL-модели проектируемого DDS на основе VHDL-модулей представлена на рис. 33. Началом выполнения этапа автоматизированного синтеза VHDL-модели проектируемого DDS будем считать получение указанных выше исходных данных из основной программы. На следующем шаге выполняется поиск шаблонов моделей для заданных параметров DDS (поиск в БД): - VHDL-шаблон для заданной структуры DDS; - VHDL-шаблоны компонентов для заданной структуры DDS. На следующем шаге должно быть установлено соответствие между параметрами компонентов и создание интерфейса DDS. По умолчанию всегда используется модель DDS, представленная на рис. (1.12.) описание которой дано в главе 2. В случае необходимости разработчик может выбрать любую модель из доступных в БД или добавить собственную. В этом случае задача совместимости моделей и соответствие их характеристик решается разработчиком самостоятельно. После выбора модели DDS производится расчет требуемой разрядности фазового аккумулятора (п) и обьем памяти sineable (LUT) по выражениям (2.7) и (2.12). Далее начинается процесс автоматического синтеза VHDL-модели проектируемого DDS. Благодаря жесткой структуре файла VHDL-описания, выполнение данного процесса происходит на основе шаблона, подобного модели на рис. 1.12. На следующем шаге необходимо вычислить суммарное число логических блоков использованных для синтеза VHDL-модели DDS компонентов в соответствии с выражениями (2.17). Выполнение этапа синтезаУНОЬ-модели проектируемого DDS на основе VHDL-модулей завершается передачей необходимых результатов в основную программу. Таким образом, наличие в составе предлагаемой экспертной системы модуля автоматизированного синтеза VHDL-модели проектируемого DDS на основе библиотечных VHDL-модулей в соответствии с заданными правилами формирования ее структуры позволяет значительно сократить время и трудоемкость выполнения задач проектирования специализированных DDS. Это достигается благодаря использованию в данном модуле разработанной методики автоматического формирования требуемого VHDL-описания на основе шаблона структуры и библиотечных компонентах, чгго не требует от пользователя глубоких знаний стандарта VHDL. При этом указанная методика может быть использована для решения других подобных задач проектирования. Для размещения синтезированной VHDL-модели DDS определяются следующие исходные данные: - Число логических блоков п!Ь синтезированной VHDL-модели DDS, шт.; - массив ПЛИС с требуемыми параметрами быстродействия, созданный на первом этапе и имеющий требуемое количество пользовательских выводов. На основании исходных данных алгоритмов, представляющих собой подпрограммы экспертной системы синтеза VHDL -модели DDS можно составить следующий перечень необходимых исходных данных для начала процесса автоматизированного проектирования DDS:
Разработка принципа включения разработанного DDS в маршрут проектирования базовой САПР-ПЛИС
Поскольку DDS-система - это дискретная система данных и выход её является дискретным сигналом, его выходной спектр подчинён теореме дискретизации Найквиста. Поэтому должны рассматриваться все составляющие, вовлечённые в осуществление выборки: шум квантования (фазовое и амплитудное), эффект наложения (появление помех при недостаточно высокой частоте дискретизации, неровность, ступенчатость), фильтрация и т.п.
Таким образом, выражения (1)-(16) можно считать обобщенной математической моделью (ММ) специализированного DDS-ядра, структурная схема которого приведена на рис. 1.12. Данная ММ позволяет по известным исходным данным провести расчет основных временных характеристик проектируемого DDS-NCO синтезатора частоты.
Как было показано в первой главе, поскольку в DDS выходной сигнал синтезируется в цифровом и аналоговом виде, тогда при объединении DDS-ядра с дополнительными обрабатывающими сигнальными блоками можно реализовать конфигурируемый DDS-модулятор, обеспечивающий следующие виды модуляции как: AM, FM, РМ, QAM, BASK, BFSJC, BPSK, QSK, РАМ, PPM, PDM и др. (таблица 1).
Так как в большинстве электронных средств используются не все виды модуляции, то рассмотрим только FSK, PSK и квадратурную манипуляцию, как наиболее распространенные.
Для аппаратной реализации, многократного конфигурируемого DDS цифрового модулятора требуется максимально гибкая элементная база, которой и являются ДР ПЛИСПЛИС позволяет сочетать достоинства специализированных БИС (логической структуры для каждого применения, высокая степень интеграции, высокое быстродействие) и стандартных логических ИС (цикл проектирования на рабочем месте конструктора за короткое время, легкое внесение изменений в проект, как во время разработки, так и во время эксплуатации, экономическая эффективность для единичных и мелкосерийных устройств). Однако возможность ПЛИС производить многократную динамическую реконфигурацию ДР в процессе функционирования позволяет предложить принципиально новый подход к реализации вычислений. Данный подход является гибким и универсальным и во многих случаях более эффективен, чем применение более сложных и дорогих процессоров для получения той же производительности [40].
Так как в большинстве электронных средств используются не все виды модуляции, то рассмотрим только FSK, PSK и квадратурную манипуляцию, как наиболее распространенные.
Для аппаратной реализации, многократного конфигурируемого DDS цифрового модулятора требуется максимально гибкая элементная база, которой и являются ДР ПЛИСПЛИС позволяет сочетать достоинства специализированных БИС (логической структуры для каждого применения, высокая степень интеграции, высокое быстродействие) и стандартных логических ИС (цикл проектирования на рабочем месте конструктора за короткое время, легкое внесение изменений в проект, как во время разработки, так и во время эксплуатации, экономическая эффективность для единичных и мелкосерийных устройств). Однако возможность ПЛИС производить многократную динамическую реконфигурацию ДР в процессе функционирования позволяет предложить принципиально новый подход к реализации вычислений. Данный подход является гибким и универсальным и во многих случаях более эффективен, чем применение более сложных и дорогих процессоров для получения той же производительности [40].
Итак, в связи с этим наиболее целесообразной представляется реализация конфигурируемого DDS на основе ДР ПЛИС. Этот вариант имеет целый ряд преимуществ относительно всех остальных: 1) ДР ПЛИС позволяет в разные моменты времени использовать один и тот же кристалл для реализации различных цифровых устройств, оптимальных для каждого применения, которые наилучшим образом соответствуют изменяющимся во времени внешним условиям при малой требуемой логической емкости ПЛИС {т.е. сокращение аппаратных затрат); 2) себестоимость элементной базы значительно меньше, чем при использовании специализированной СБИС или высокопроизводительных цифровых сигнальных процессоров; 3) реализация на ПЛИС является аппаратной, что обеспечивает высокое быстродействие устройства, и возможность работы в режиме реального времени; 4) кроме чисто «экономических достоинств», устройства на основе ДР ПЛИС могут очень быстро и с малыми затратами подвергаться модернизации (upgrade). 2.3. Разработка структуры автоматизированной системы проектирования конфигурируемого цифрового модулятора на базе ПЛИС Для аппаратной реализации многократной цифровой модуляции с использованием DDS на основе ПЛИС необходимость создания экспертной САПР- DDS [29], структура и функции которой описываются в данной главе. Проектирование специализированного конфигурируемого DDS с заданными характеристиками целесообразно проводить на основе библиотеки компонентов, содержащей модели элементов DDS в виде VHDL-моделей и сведения о характеристиках этих моделей при реализации их на кристалле конкретных типов ПЛИС. Очевидно, что задача создания библиотечных компонентов может быть решена средствами существующих САПР ПЛИС. Однако задача автоматизированного проектирования DDS с требуемыми характеристиками на основе полученных библиотечных компонентов элементов DDS не может быть решена средствами тех же САПР-ПЛИС. Следовательно, для решения указанной задачи необходимо разработать специализированную экспертную САПР-DDS, использование, которой совместно с существующими САПР-ПЛИС позволит автоматизировать процесс синтеза законченной VHDL-модели проектируемого DDS с требуемыми характеристиками и ее аппаратную реализацию на кристалле ПЛИС. При этом совместная работа промышленной САПР ПЛИС и специализированная экспертная САПР-DDS автоматизированного синтеза VHDL-DDS может рассматриваться как специализированная САПР DDS. Структурная схема образующейся САПР DDS приведена нарис. 2.1.
