摘要：System Generator for DSP是Xilinx公司开发的基于Matlab的DSP开发工具?熗?时也是一个基于FPGA的信号处理建模和设计工具。文章介绍了在Matlab中使用System Generator for DSP实现FPGA硬件设计的方法，同时给出了一个应用实例。 关键词：Matlab；FPGA；System Generator；DSP
近年来，在数字通信、网络、视频和图像处理领域，FPGA已经成为高性能数字信号处理系统的关键元件。FPGA的逻辑结构不仅包括查找表、寄存器、多路复用器、存储器，而且还有快速加法器、乘法器和Ｉ／Ｏ处理专用电路。FPGA具有实现高性能并行算法的能力，是构成高性能可定制数据通路处理器（数字滤波、FFT）的理想器件。如Virtex-II Pro FPGA包含高性能的可编程架构、嵌入式PowerPC处理器和3.125Gbps收发器等。
但是，FPGA在数字信号处理领域的广泛应用受限于几个因素。首先，DSP开发人员不熟悉硬件设计，尤其是FPGA。他们使用Matlab验证算法，运用Ｃ语言或汇编语言编程，通常不会使用硬件描述语言（ＶＨＤＬ或Ｖｅｒｉｌｏｇ）实现数字设计。其次，虽然ＶＨＤＬ语言也提供了许多高层次的语言抽象，但是基于并行硬件系统的ＶＨＤＬ程序设计与基于微处理器的串行程序设计有很大的不同。
基于以上原因，Xilinx公司开发了基于Matlab的System Generator for DSP工具。System Generator for DSP是Simulink中一个基于FPGA的信号处理建模和设计工具。该工具可以将一个DSP系统表示为一个高度抽象的模块，并自动将系统映射为一个基于FPGA的硬件方案。重要的是，该System Generator for DSP实现这些功能并没有降低硬件性能。 1、System Generator for DSP的特点
simulink为DSP系统提供了强有力的高层次建模环境，可大量应用于算法开发和验证。System Generator for DSP作为simulink的一个工具箱很好地体现了这些特性，同时又可以自动将设计转换为可综合的高效硬件实现方案。该硬件实现方案忠实于原始设计，因此设计模型与硬件实现在采样点（在simulink中定义）是一一对应的。通过使用Xilinx精心设计的ＩＰ（ｉｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）核可以使硬件方案具有较小的延迟和体积。虽然System Generator中的ＩＰ模块是经过功能抽象的，但是对于熟悉ＦＰＧＡ的设计者来说，该模块也具有直接访问底层硬件细节的能力。例如，可以指定System Generator乘法器模块使用Ｖｉｒｔｅｘ－ＩＩ系列FPGA中的专用高速乘法器元件，用户定义的ＩＰ模块也能够作为黑盒子插入系统之中，等等。
使用System Generator for DSP实现系统设计的主要特点有：
●在simulink中实现FPGA电路的系统级建模，并自动生成硬件描述语言。
●自动生成modelsim测试程序，支持软硬件仿真。
●支持用户创建的simulink模块。
●使用XILINX FPGA自动实现硬件系统。支持的XILINX FPGA系列包括Spartan-II,Spartan-IIE、Spar-tan-3、Virtex、Virtex-E、Virtex-II、Virtex-II PRO。
２、使用System Generator for DSP实现系统级建模 传统的DSP系统开发人员在设计一个DSP系统时，一般先研究算法，再使用matlab或Ｃ语言验证算法，最后由硬件工程师在fpga或DSP上实现并验证。典型的DSP系统设计流程如下：
（１） 用数学语言描述算法。
（２） 设计环境中使用双精度数实现算法。
（３） 将双精度运算变为定点运算。
（４） 将设计转换为有效的硬件实现。
使用System Generator for DSP可以简化这一过程。设计人员先在matlab中对系统进行建模和算法验证，经过仿真后便可以直接将系统映射为基于ＦＰＧＡ的底层硬件实现方案。可用simulink提供的图形化环境对系统进行建模。System Generator for DSP包括被称为xukub xilinx blockset的simulink库和模型到硬件实现的转换软件，可以将simulink中定义的系统参数映射为硬件实现中的实体、结构、端口、信号和属性。另外，System Generator可自动生成FPGA综合、仿真和实现工具所需的命令文件，因此用户可以在图形化环境中完成系统模型的硬件开发。图１为使用System Generator for DSP设计系统的流程图。
在Matlab中，我们可以通过simulink的库浏览器使用Xilinx blockset库中的模块，Xilinx blockset库中的模块可以与simulink其它库中的模块自由组合。Xilinx blockset库中最重要的模块是System Generator，利用该模块可完成系统级设计到基于ＦＰＧＡ的底层硬件设计的转换工作。可以在System Generator模块的属性对话框中选择目标ＦＰＧＡ器件、目标系统时钟周期等选项。System Generator将Xilinx blockset中的模块映射为ＩＰ库中的模块，接着从系统参数（例如采样周期）推断出控制信号和电路，再将simulink的分层设计转换为ＶＨＤＬ的分层网表，之后，System Generator即可调用Xilinx ＣＯＲＥ Generator和ＶＨＤＬ模拟、综合、实现工具来完成硬件设计。
