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1、EDA技术与VHDL,第9章DSP Builder设计初步,KX康芯科技,9.1 Matlab/DSP Builder及其设计流程,KX康芯科技,图9-1 基于Matlab、DSP Builder、QuartusII等工具,9.1 Matlab/DSP Builder及其设计流程,KX康芯科技,自动流程：1、MATLAB/Simulink建模；2、系统仿真；3、DSP Builder完成VHDL转换、综合、适配、下载;4、嵌入式逻辑分析仪实时测试。手动流程：1、MATLAB/Simulink建模；2、系统仿真；3、DSP Builder完成VHDL转换、综合、适配；4、Modelsim对Tes
2、tBench功能仿真；5、QuartusII直接完成适配（进行优化设置）；6、QuartusII完成时序仿真；7、引脚锁定；8、下载/配置与嵌入式逻辑分析仪等实时测试；9、对配置器件编程，设计完成。,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-2 正弦波发生模块原理图,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,9.2.1 建立设计模型,1、打开Matlab环境,图9-2 正弦波发生模块原理图,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,9.2.1 建立设计模型,2、建立工作库,cd e:/mkdir/myprj/sinwavecd/myprj/sinwave,9.2 正弦信号发生器设计,KX
3、康芯科技,3、了解simulink库管理器,图9-2 正弦波发生模块原理图,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,3、了解simulink库管理器,图9-5 simulink库管理器,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,4.simulink的模型文件,图9-6 建立新模型,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,5、放置SignalCompilder,6、放置Increment Decrement,7.设置IncCount,总线类型（Bus Type）；输出位宽（Number of bits）；增减方向（Direction）；开始值（Starting Value）；是否使用控制输入
4、（Use Control Inputs）时钟相位选择（Clock Phase Selection）,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-7 放置SignalCompiler,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-8 递增递减模块改名为IncCount,7.设置IncCount,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-9 设置递增递减模块,7.设置IncCount,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-10 LUT模块,7.设置IncCount,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,8、放置正弦查找表（SinLUT）,9.2 正弦信号发生器设计,KX康
5、芯科技,图9-11 设置SinLUT,8、放置正弦查找表（SinLUT）,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-12 Delay模块及其参数设置窗,9、放置Delay模块,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-13 设置SinCtrl,10、放置端口SinCtrl,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-13 设置SinCtrl,10、放置端口SinCtrl,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-14 设置乘法单元,11、放置Product模块,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-15 设置SinOut,12.放置输出端口SinOut,13.设
6、计文件存盘,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-16 Step模块,9.2.2 Simulink模型仿真,1、加入仿真步进模块,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-17 Scope模型,9.2.2 Simulink模型仿真,2、添加波形观察模块,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-18 Scope初始显示,2、添加波形观察模块,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-19 设置Scope参数,3、Scope参数设置,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-20 sinout全图,3、Scope参数设置,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技
7、,图9-21 设置Step,4、设置仿真激励,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-22 simulink仿真Start,4、设置仿真激励,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-23 simulink仿真设置,5、启动仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-24 有符号输出波形（系统级仿真）,5、启动仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-25 无符号输出波形（系统级仿真）,5、启动仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-26 无符号整数Signed Integer输出电路,6、设计成无符号数据输出,9.2 正弦信号发生器设计,KX
8、康芯科技,图9-27 SinOut1模块设置,7、各模块功能说明,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-28 ExtractBit模块设置,7、各模块功能说明,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-29 BusConversion模块设置,7、各模块功能说明,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-30 BusConcatenation模块设置,7、各模块功能说明,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-31 SinOut1模块设置,7、各模块功能说明,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-32 NOT模块设置,7、各模块功能说明,9.2 正弦信号
9、发生器设计,KX康芯科技,图9-33 双击SignalCompiler,9.2.3 SignalCompiler使用方法,1、分析当前的模型,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-34 打开SignalCompiler窗口,2、设置Signal Compiler,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-35 sinout工程处理信息,3、把模型文件MDL转换成VHDL,4、综合（Synthesis）,5、QuartusII适配,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-36 准备执行tcl文件,9.2.4 使用ModelSim进行RTL级仿真,9.2 正弦信号发生器设计
10、,KX康芯科技,图9-37 ModelSim仿真结果,9.2.4 使用ModelSim进行RTL级仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-38 ModelSim的信号设置,9.2.4 使用ModelSim进行RTL级仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-39 设为Analog,9.2.4 使用ModelSim进行RTL级仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-40 sinout工程的ModelSim仿真波形（RTL级仿真）,9.2.4 使用ModelSim进行RTL级仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-41 打开QuartusII工
11、程进行编译和时序仿真,使用QuartusII实现时序仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-42 QuartusII工程VHDL程序实体,使用QuartusII实现时序仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-43 打开QuartusII工程的vec仿真激励文件,使用QuartusII实现时序仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-44设置仿真文件路径,使用QuartusII实现时序仿真,9.2 正弦信号发生器设计,KX康芯科技,图9-45 sinout工程的QuartusII仿真波形（门级时序仿真）,使用QuartusII实现时序仿真,硬件测试与硬件实
12、现,9.3 DSP Builder层次化设计,KX康芯科技,图9-46 准备建立subsystem,使用QuartusII实现时序仿真,9.3 DSP Builder层次化设计,KX康芯科技,图9-47 建立subsystem后,使用QuartusII实现时序仿真,9.3 DSP Builder层次化设计,KX康芯科技,图9-48 subsin/subsystem子系统图,使用QuartusII实现时序仿真,9.3 DSP Builder层次化设计,KX康芯科技,图9-49 修改子系统名,使用QuartusII实现时序仿真,9.3 DSP Builder层次化设计,KX康芯科技,图9-50 修
13、改SubSystem的端口,使用QuartusII实现时序仿真,9.3 DSP Builder层次化设计,KX康芯科技,图9-51 顶层图的改变,使用QuartusII实现时序仿真,9.3 DSP Builder层次化设计,KX康芯科技,图9-52 含subsystem的subsint模型,使用QuartusII实现时序仿真,9.3 DSP Builder层次化设计,KX康芯科技,图9-53 Scope1波形图,使用QuartusII实现时序仿真,9.3 DSP Builder层次化设计,KX康芯科技,图9-54 Scope波形图,使用QuartusII实现时序仿真,9.3 DSP Build
14、er层次化设计,KX康芯科技,图9-55 SubSystem设置,使用QuartusII实现时序仿真,9.3 DSP Builder层次化设计,KX康芯科技,图9-56 编辑singen的“Mask type”,使用QuartusII实现时序仿真,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,图9-57 DDS系统,9.4.1 DDS模块设计,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,图9-58 DDS子系统SubDDS,9.4.1 DDS模块设计,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,9.4.1 DDS模块设计,Freqword模块
15、：（Altbus）库：Altera DSP Builder中IO&Bus库参数“Bus Type”设为“signed Integer”参数“Node Type”设为“Input port”参数“number of bits”设为“32”,Phaseword模块：（Altbus）库：Altera DSP Builder中IO&Bus库参数“Bus Type”设为“signed Integer”参数“Node Type”设为“Input port”参数“number of bits”设为“32”,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,9.4.1 DDS模块设计,Amp模块：
16、（Altbus）库：Altera DSP Builder中IO&Bus库参数“Bus Type”设为“signed Integer”参数“Node Type”设为“Input port”参数“number of bits”设为“10”,DDSout模块：（Altbus）库：Altera DSP Builder中IO&Bus库 参数“Bus Type”设为“signed Integer”参数“Node Type”设为“Output port”参数“number of bits”设为“10”,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,9.4.1 DDS模块设计,Parallel
17、 Adder Subtractor模块：（Parallel Adder Subtractor）库：Altera DSP Builder中Arithmetic库参数“Number of Inputs”设为“2”“Add(+)Sub(-)”设为“+”选择“Pipeline”参数“Clock Phase Selection”,Delay模块：（Delay）库：Altera DSP Builder中Storage库参数“Depth”设为“1”参数“Clock Phase Selection”设为“1”,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,9.4.1 DDS模块设计,Phase
18、word1模块：（Altbus）库：Altera DSP Builder中IO&Bus库参数“Bus Type”设为“signed Integer”参数“Node Type”设为“Internal Node”参数“number of bits”设为“32”,Parallel Adder Subtractor1模块：（Parallel Adder Subtractor）库：Altera DSP Builder中Arithmetic库参数“Number of Inputs”设为“2”“Add(+)Sub(-)”设为“+”选择“Pipeline”参数“Clock Phase Selection”,9
19、.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,9.4.1 DDS模块设计,BusConversion2模块：（BusConversion）库：Altera DSP Builder中IO&Bus库参数“Input Bus Type”设为“signed Integer”参数“Input number of bits.”设为32参数“Output Bus Type”设为“Signed Integer”参数“Output number of bits.”设为“10”参数“Input Bit Connected to Output MSB”设为“31”参数“Input Bit Connec
20、ted to Output LSB”设为“22”使用“Round”,Product模块：（Product）库：Altera DSP Builder中Arithemtic库参数“Pipeline”设为“2”参数“Clock Phase Selection”设为“1”不选择“Use LPM”,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,9.4.1 DDS模块设计,BusConversion3模块：（BusConversion）库：Altera DSP Builder中IO&Bus库参数“Input Bus Type”设为“signed Integer”参数“Input numbe
21、r of bits.”设为“20”参数“Output Bus Type”设为“Signed Integer”参数“Output number of bits.”设为“10”参数“Input Bit Connected to Output MSB”设为“18”参数“Input Bit Connected to Output LSB”设为“9”使用“Round”使用“Saturate”,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,图9-59 DDS系统输出波形,9.4.1 DDS模块设计,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,图9-60 DDS系统输出波形
22、,9.4.1 DDS模块设计,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,图9-61 FSK调制模型,9.4.2 FSK调制器设计,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,图9-62 FSK调制的Sinulink仿真结果,9.4.2 FSK调制器设计,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,图9-63 正交信号发生器MDL模型,9.4.3 正交信号发生器设计,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,图9-64 数字移相信号发生器MDL模型,9.4.4 数控移相信号发生器设计,9.4 基于DSP Builder的
23、DDS设计,KX康芯科技,图9-65 数字移相信号发生器输出波形,9.4.4 数控移相信号发生器设计,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,图9-66 AM发生器模型,9.4.5 幅度调制信号发生器设计,9-4,9.4 基于DSP Builder的DDS设计,KX康芯科技,图9-67 AM模型仿真波形,9.4.5 幅度调制信号发生器设计,9.5 数字编码与译码器设计,KX康芯科技,图9-68 线性反馈移位寄存器的构成,9.5.1 伪随机序列,（9-5）,（9-6）,9.5 数字编码与译码器设计,KX康芯科技,图9-69 m序列发生器模型,9.5.1 伪随机序列,9.5
24、数字编码与译码器设计,KX康芯科技,图9-70 修改后的m序列发生器模型,9.5.1 伪随机序列,9.5 数字编码与译码器设计,KX康芯科技,图9-71 m序列发生器Simulink仿真结果,9.5.1 伪随机序列,9.5 数字编码与译码器设计,KX康芯科技,9.5.2 帧同步检出,（9-7）,9.5 数字编码与译码器设计,KX康芯科技,图9-72 帧同步检出模型,9.5.2 帧同步检出,9.5 数字编码与译码器设计,KX康芯科技,图9-73 bxp1m子系统,9.5.2 帧同步检出,9.5 数字编码与译码器设计,KX康芯科技,图9-74 bxn1m子系统,9.5.2 帧同步检出,9.5 数字
25、编码与译码器设计,KX康芯科技,图9-75 帧同步的巴克码检测仿真结果,9.5.2 帧同步检出,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-76 插入HIL的Simulink模型硬件仿真说明图,9.6.1 HIL仿真流程,1首先完成一个Simulink模型设计,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-77 扫频滤波信号发生器Simulink模型图，文件名freqsweep.mdl,9.6.1 HIL仿真流程,1首先完成一个Simulink模型设计,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-78 扫频滤波信号发生器算法（软件）仿真波形,9.6.1 HIL仿真流程,1首先完
26、成一个Simulink模型设计,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-79 SignalCompiler对扫频滤波信号发生器进行转换、综合和适配,9.6.1 HIL仿真流程,2通过DSP Builder转化成QuartusII的工程,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-80 消去原设计，加入HIL模块,9.6.1 HIL仿真流程,3用HIL模块取代设计模型的所有电路,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-81 向Simulink图中拖入HIL模块,9.6.1 HIL仿真流程,3用HIL模块取代设计模型的所有电路,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,
27、图9-82 HIL模块工程加载与参数设置窗,4HIL模块参数设置,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-83 HIL模块编译与编程窗,4HIL模块参数设置,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-84 加入了HIL模块的扫频滤波电路模型,9.6.1 HIL仿真流程,5进行HIL硬件仿真,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-84 加入了HIL模块的扫频滤波电路模型,9.6.1 HIL仿真流程,5进行HIL硬件仿真,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-86 利用专用编程模块向FPGA下载,5进行HIL硬件仿真,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯
28、科技,图9-87 加入了HIL模块的FSK模型,9.6.2 FSK的HIL仿真,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-88 加入了HIL模块的FSK模型中方波信号参数设置窗口,9.6.2 FSK的HIL仿真,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-89 加入了HIL模块的FSK模型中仿真参数设置窗口,9.6.2 FSK的HIL仿真,9.6 硬件环HIL仿真设计,KX康芯科技,图9-90加入了HIL模块的FSK模型仿真波形图,9.6.2 FSK的HIL仿真,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,图9-91 由状态机模块和双口RAM构成的FIFO存储器电路
29、fifo_control.mdl,9.7.1 FIFO控制状态机设计示例,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,图9-92 加减计数器模块Up_Down_Counter内部电路,9.7.1 FIFO控制状态机设计示例,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,图9-93 状态机转换表图,9.7.1 FIFO控制状态机设计示例,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,图9-94 库中默认状态机表模块,9.7.1 FIFO控制状态机设计示例,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,表9-1 FIFO控制器状态转换表,9.7.1
30、 FIFO控制状态机设计示例,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,图9-95 状态机模块图,9.7.2 状态机设计流程,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,图9-96 状态机表的“Inputs”页,9.7.2 状态机设计流程,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,图9-97 状态机表的“States”页,9.7.2 状态机设计流程,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,表9-2 定义条件描述的条件操作符的优先级别,9.7.2 状态机设计流程,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,表9-3 顺
31、序计算判断示例,9.7.2 状态机设计流程,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,9.7.2 状态机设计流程,【例9-1】IF(pop_sig=1)AND(conut_in_sig=0)THEN next_state=empty_st；ELSIF(push_sig=1)THEN next_state=push_not_full_st;ELSIF(pop_sig=1)AND(conut_in_sig/=0)THEN next_state=pop_not_empty_st;ELSIF(push_sig=1)AND(conut_in_sig=250)THEN next_state
32、=full_st;ELSE next_state=idle_st;END IF;,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,表9-4 表9-3的改变,9.7.2 状态机设计流程,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,9.7.2 状态机设计流程,【例9-2】IF(pop_sig=1)AND(conut_in_sig=0)THEN next_state=empty_st;ELSIF(pop_sig=1)AND(conut_in_sig/=0)THENnext_state=pop_not_empty_st;ELSIF(push_sig=1)AND(conut_in
33、_sig=250)THEN next_state=full_st;ELSIF(push_sig=1)THEN next_state=push_not_full_st;ELSE next_state=idle_st;END IF;,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,图9-98 State Mahine Builder Design Rule Check页面,9.7.2 状态机设计流程,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,图9-99 设定了状态机后的表格模块,9.7.2 状态机设计流程,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,图9-1
34、00 仿真波形,9.7.2 状态机设计流程,9.7 DSP Builder的状态机设计,KX康芯科技,9.7.2 状态机设计流程,stop time=400;empty=0;full=0;idle=0 data_out=48stop time=900;empty=0;full=1;idle=0 data_out=stop time=2000;empty=1;full=0;idle=0 data_out=48stop time=400;empty=0;full=0;idle=0 data_out=48,习 题,9-1 说明Matlab、DSP Builder和QuartusII间的关系，给出DS
35、P Builder设计流程。9-2 把图9-2设计模型通过SignalCompiler转化为VHDL文件，并用ModelSim进行功能仿真。9-3 DSP Builder子系统模块与Simulink的SubSystem是什么关系，对于可以用SignalCompiler编译的DSP Builder子系统在 SubSystem的基础上还需要什么设置？9-4 在手动流程中能完成哪几个层次的仿真，各有什么作用？9-5 简述DDS的实现原理。9-6 分别说明DDS的输入信号与输出正弦信号的关系，分析DDS带来的误差问题,实 验 与 设 计,实验9-1.利用Matlab/DSP Builder设计基本电路
36、模块实验,图9-101 正弦调制信号模型,实 验 与 设 计,实验9-1.利用Matlab/DSP Builder设计基本电路模块实验,图9-102 正弦调制信号仿真波形,实 验 与 设 计,实验9-2 基于DSP Builder的DDS应用模型设计,图9-103 端口数据类型和位数变换后的DDS模型,实 验 与 设 计,实验9-2 基于DSP Builder的DDS应用模型设计,图9-104 数字移相信号发生器,实 验 与 设 计,实验9-2 基于DSP Builder的DDS应用模型设计,图9-105 QAM模型,实 验 与 设 计,实验9-3 编译码器设计实验,实验9-4.HIL硬件环仿真实验,
