随着fpga性能和容量的改进，使用fpga执行dsp功能的做法变得越来越普遍。在许多情况下，同一应用中同时使用处理器和fpga，采用协处理架构，让fpga执行预处理或后处理操作，以加快处理速度。本文说明如何将fpga和与固定功能dsp结合起来使用,设计一个基于多普勒测量原理的非侵入式测量系统。

    图1：电子束聚集技术。

    传统上，大量的应用设计使用专门的数字信号处理(dsp)芯片或专用标准产品(assp)并通过信号处理算法来处理数字信息，滤波、视频处理、编码与解码、以及音频处理等仅仅是众多采用 dsp 的应用中的一部分而已。

    现在，随着 fpga 性能和容量的改进，以及可以在大多数 dsp 应用中看到的通用算术运算的效率的提高，使用fpga执行dsp功能的做法变得越来越普遍。在许多情况下，同一应用中同时使用处理器和fpga，采用协处理架构，让fpga执行预处理或后处理操作，以加快处理速度。

    显示此种趋势的应用之一是多普勒测量系统，它可以测量固体或液体在各种环境中流动的速度。从管道中流动的油，到人的心脏中流动的血液，相对于以前的方法，基于多普勒测量原理的非侵入式测量方法可以极大地降低风险，减少成本和提高精度。一般来说，这些系统都是采用 dsp技术，将fpga和如ti公司提供的固定功能dsp器件之类结合起来使用。

    多普勒测量系统

    多普勒测量系统利用多普勒效应测量运动目标(固体、液体或气体)的速度。最著名的应用大概要算雷达枪了，交通巡警利用它检测超速汽车。

    在测量除汽车速度之外的其他物体的运动(例如心脏中血液的流动)时，需要进行多种测量，来确定更为复杂的流动的细节。方法之一是利用电子束聚集技术。

    在这种技术中，将使用大量探测器(许多小雷达枪)测量从发射源返回的频率。这些探测器沿抛物线分布(如图1 所示)，因此从焦点返回的信号将会同时到达每个探测器。将这些信号组合起来，并对显著速度的微小波动进行少量处理，就可以确定位于焦点处的物体的速度。如果可以移动探测器来对整个关注区域进行扫描，那么这种方法效果会相当好，但是如果没有这样的条件，则可以采用另外一种技术，它可以获得同样的结果。通过插入一定的可编程的延迟，改变各个探测器的输入组合的时间，可以将焦点改变到关注区域中的几乎任何位置。例如，加入一定的固定额外延迟可以使焦点远移，而改变延迟来缩短探测器一侧的传播路径则会使焦点向该侧移动。

    图2 显示了如何利用可调延迟产生抛物线形效果。可调延迟功能在富含寄存器的fpga中极易实现，并可能成为从传统dsp中剥离作为协处理器功能的一种功能。

    系统实现示例

    图 3 显示了一种系统实现示例的框图。位于图中部的 fpga 负责产生发射器使用的输出信号。该实现采用xilinx直接数字频率综合器ip核，可方便地产生各种波形。可以根据测量目标的不同轻松改变频率。

    图2：具有延迟功能的电子束聚集技术。

    探测器测量返回信号的模拟值，产生馈送到fpga的数字值。fpga对输入信号执行部分初步滤波运算，来调整探测器的位置。然后fpga向每个探测器数据流中插入一定可编程延迟，以实现电子束聚集功能。数据流被组合起来，一个数字滤波器负责确定信号的频率分量。这样就得到了确定焦点速度所必需的多普勒读数。

    在fpga的内部有一个microblaze软核，控制着测量过程，从而实现高层次的功能，如扫描、初始化、测试，以及诊断等。

    dsp读取和存储fpga执行操作的结果。一旦完成一系列扫描，处理器就可以构