MATLAB 和 Simulink 培训

课程详细信息

本课程为期三天,从 FPGA 结构内实现的角度回顾了 DSP 基础。本课程尤其重点介绍了与实现各种 DSP 技术和算法相关的资源和 性能成本。

内容包括:

  • 介绍 FPGA 硬件以及适用于 DSP 应用程序的技术
  • DSP 定点运算
  • 信号流图技术
  • FPGA HDL 代码生成
  • 快速傅里叶变换 (FFT) 实现
  • 设计和实现 FIR、IIR 和 CIC 滤波器
  • CORDIC 算法
  • 设计和实现 LMS 和 QR 算法等自适应算法
  • 同步和数字通信定时恢复技术

Day 1 of 3


介绍 DSP FPGA 硬件

Objective: 介绍 DSP 和 FPGA。理解基本的 FPGA 结构以及 FPGA 适用于 DSP 算法的原因。

  • 从离散逻辑到 FPGA 的历史
  • DSP 简介
  • DSP 内核和处理器回顾
  • 定制的和半定制的 ASIC
  • 片上系统 (SOC)
  • FPGA 的灵活性和功能
  • FPGA 和可编程 DSP

线性系统 DSP 算法概览

Objective: 回顾采样定理,量化,傅立叶分析和数字滤波器设计的基本概念。

  • 失真和重建滤波器
  • 采样率和字长
  • Z域的表示和基本分析
  • FIR 和 IIR 滤波器
  • 数字滤波器设计和规范
  • 过采样技术 (sigma delta)

FPGA 技术

Objective: 了解不同的 Xilinx FPGA 家族和结构。介绍Spartan 3 和Virtex-5 FPGA。

  • FPGA 技术路线图
  • 时钟速率,数据速率和采样速率
  • FPGA 内存和寄存器
  • 输入输出模块和要求
  • 比特,片和可调节逻辑模块
  • 可比 MIP 性能评分
  • FPGA 家族

FPGA 元素用于 DSP 算法

Objective: 理解 DSP 片,时钟资源和功耗。

  • 创建延迟线和移位寄存器
  • FPGA 上使用 RAM 内存
  • 串行到并行和并行到串行
  • 多路复用器进行通道选择
  • 全加器,进位逻辑和加法树
  • 乘法器:位移和相加;基于 ROM
  • 高效乘法器的实现

DSP 算法本质

Objective: 理解定点二进制算法。Xilinx FPGA 硬件的算术操作。

  • 二进制补码定点算法
  • 基本的加法器和乘法器阵列
  • 除法和开方阵列…并不简单!
  • 字长问题和定点算法
  • 饱和和折叠
  • 上溢出和下溢出

信号流程图 (SFG) 技术

Objective: 使用信号流程图表示DSP算法。使用割集算法改进时间效率。实现并行和串行的FIR滤波器。

  • DSP/数字滤波器信号流程图
  • 延迟和反延迟!
  • 割集和延迟缩放
  • 转置型 FIR
  • 流水线操作和多通道结构
  • SFG 拓扑结构用于 FPGA

Day 2 of 3


频域处理

Objective: 讨论快速傅立叶变换的理论和 FPGA 实现。

  • DFT, FFT 和 IFFT
  • FFT FPGA 结构
  • FFT 字长增加和精确度

FPGA 多速率信号处理

Objective: 开发多相位结构来有效的实现多速率滤波器。使用 CIC 滤波器进行内插和抽取。

  • 升采样和内插滤波器
  • 降采样和抽取滤波器
  • 实现的高效算法
  • 积分器和微分器
  • 半带,移动平均和梳状滤波器
  • 级联积分梳状 (CIC) 滤波器(Hogenauer)
  • IIR 滤波的高效算法

CORDIC 技术

Objective: 介绍使用 CORDIC 算法来计算各种三角函数。

  • CORDIC 旋转模式和向量模式
  • 计算余弦和正弦函数
  • 计算向量的长度和角度
  • FPGA 实现的结构

Day 3 of 3


自适应 DSP 算法和应用

Objective: 介绍 LMS 算法用于自适应信号处理。演示最小均方(RLS) 算法中的 QR 算法如何适用于FPGA 实现。

  • 自适应应用 (均衡,波束成形)
  • LMS 算法和并行实现
  • 非标准的 LMS 算法
  • 线性代数;解线性系统方程组
  • QR 算法用于自适应信号处理
  • QR 处理的要求和数值问题

数字通信和 FPGA

Objective: 回顾正交调制和相位成形。讨论数字控制振荡器的实现。

  • 四进制相移键控 (QPSK)
  • 发送/接受滤波器 – 根升余弦
  • 升采样和数字下变频
  • 直接数字上变频
  • 数字IF 阶段(和fs/4 系统)
  • 数字控制振荡器 (NCO)
  • FPGA 的数字划分

定时和同步问题

Objective: 介绍符号定时恢复,载波相位恢复,载波频率恢复和帧同步。

  • 载波恢复,平方和 Costas 环, PLL
  • 相位旋转;采样率转换
  • 符号定时恢复,早/晚阀门检测
  • 延迟锁相环定时和同步

难度: 高级

课程要求:

  • MATLAB® 基础和 Simulink® 系统和算法建模

持续时间: 3 天

语言: English

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