原创 第3节 基于System Generator的DSP系统设计[第七章]

2．FPGA边界定义模块

System
Generator是FPGA实现和算法开发之间桥梁，通过两个标准模块“Gateway In”和“Gateway
Out”来定义Simulink仿真模型中FPGA的边界。“Gateway
In”模块标志着FPGA边界的开始，能够将输入的浮点转换成定点数。“Gateway
Out”模块标志着FPGA边界的结束，将芯片的输出数据转换成双精度数。在Simulink环境中双击这两个模块会弹出配置对话框，可以设定不同的转换
规则，如图7-10所示。

图7-10 转换模块示意图

3．System Generator标志

每
个System Generator应用框图都必须至少包含一个System
Generator标志，如图8-11所示，否则会提示错误。标志模块用来驱动整个FPGA实现过程，不与任何模块相连。双击标志模块，可以打开属性编辑
框，能够设置目标网表、器件型号、目标性能以及系统时钟频率等指标。

图7-11 System Generator标志模块示意图

4．建立简易的DSP设计

一
旦定义了FPGA边界就可以通过Xilinx
DSP模块集合来建立各种DSP设计，包括滤波器、存储器、算术运算器、逻辑和比特操作器等丰富资源，每个模块都有详细的工作频率和比特宽度定义。标准的
Simulink模块不能在“Gateway In”和“Gateway
Out”之间使用，但常用来产生测试数据以及对FPGA的输出数据进行处理和分析。下面给出一个简单的FPGA系统设计实例。

例7-2 使用System Generator建立一个3输入（a、b、c）的DSP4模块的计算电路，使得输出p=c+a*b，并利用标准的Simulink模块对延迟电路进行功能验证。

1）打开Simulink库浏览器并建立一个新的Simulink模型，并保存为mydsp.mdl。
2）在浏览器中选择Xilinx DSP48模块，并将其拖拽到mydspmydelay.mdl；按照同样的方法添加边界定义模块以及System Generator标志模块。
3）为了测试DSP计算电路，添加Simulink标准库中的常数模块（Constant）和显示器（Display）模块。其中常数模块用于向DSP计算电路灌数据，作为测试激励；显示器则用于观测输出数据。
4）
连接模块，将所有的独立模块连成一个整体。其中Xilinx模块之间的端口可以直接相互连接，直接从一个端口拖拽鼠标到另一个端口来完成，或选中目标模
块，按住Ctrl键，再点击要连接的模块，Simulink即可自动将两个模块连接起来；而Xilinx模块和非Xilinx模块之间的连接则需要边界模
块（Gateway）来衔接。经过连接的设计如图7-12所示。

图7-12 延迟模块以及测试平台的组成架构

5）
设定系统参数。双击“System
Generator”模块，会出现系统设定对话框，如图8-13所示。其中“Compilation”栏选择编译生成对象，包括HDL网表、FPGA配置
比特流、NGC网表、EDK导出工具、硬件协仿真类型以及时序分析文件等6种类型，本例选择HDL网表类型，会生成ISE工程以及相应的HDL代
码；“Part”栏用于选择芯片型号，本例选择Spartan3E
xc4vsx55-12ff1148。“Target”栏用于选择目标文件存放路径，本例使用默认值，则会在mydelay.mdl所在文件夹中自动生成
一个netlist的文件夹，用于存放相应的输出文件。综合工具选择XST，HDL语言选择Verilog类型，系统时钟设的周期为100ns，即为
10MHz。 “Clock Pin
Location”栏的文本框中输入系统时钟输入管脚，则会自动生成管脚约束文件（由于本例只是演示版，所以该项空闲）。此外，可选中“Create testbench”选项，自动生成设计的测试代码。各项参数确认无误后，单击“OK”键，保存参数。

图7-13 系统参数设定对话框

6）设置关键模块参数。双击“Gataway In”、“Gataway Out”模块，会弹出图8-14和图 8-15所示的对话框。Gataway In模块属性可查看输入数据位宽和量化规则。

图7-14 Gataway In模块属性对话框 图7-15 Gataway Out模块属性对话框

7）运行测试激励。当参数设置完成后，点击工具栏的“ ”按键，即可运行Simulink仿真，可以看到显示器输出为18，表明设计的功能是正确的。
8）生成HDL代码。单击图7-13中的“Generate”按键，System Generator可自动将设计转化成HDL代码。整个转化过程的起始和结束提示界面分别如图7-16和图 7-17所示。

图7-16 自动生成代码过程的起始提示标志 图7-17 自动生成代码过程的结束提示标志

读者可在相应的文件夹的“netlist sysgen”子目录中打开“nonleaf_results.v”文件，查看相应的代码，如下所示（为了节约篇幅，分栏显示），用户可将其作为子模块直接使用。