[实用新型]一种基于FPGA的五流水线数字信号处理器

说明书

技术领域：

本实用新型涉及数字信号处理器领域，具体涉及一种基于FPGA的五流水线数字信号处理器。

背景技术：

目前，大功率电力电子装置的控制基本实现了数字化，即使用模数转换器采集模拟量，使用数字信号处理器处理这些采样，并通过数模转换器或脉宽调制技术控制输出。

随着市场对大功率电力电子装置性能要求的提高，控制运算的复杂度也急剧上升。比如有源电力滤波器装置，需要同时提取50个谐波，并对这50个谐波的补偿分别限流，而所有这些运算需要在1个控制周期(仅仅不到50微秒)内完成。这就要求数字信号处理器要有极高的速度和效率。

通常，用于大功率电力电子装置的数字信号处理器可以有以下几种形式：

1，通用数字信号处理器，这种数字信号处理器可以运行在比较高的频率，一般在100MHz左右，虽然数字信号处理能力不弱，但是以下几个方面限制了它性能的发挥：

a)指令和常数储存在低速的FLASH ROM存储器，或有潜伏时间的DRAM存储器。

b)大多数指令不能直接访问存储器，要访问存储器必须通过装载或存储指令，而且每个指令周期只能访问1次。

c)对于多流水线数字信号处理器，邻近指令的寄存器冲突会导致流水线阻塞，降低执行效率。

d)由于寄存器数量较多，发生中断时的堆栈操作常常会花费大量的指令周期。

因此，使用通用数字信号处理器通常需要多片并行处理，并

且需要简化处理任务，才能够实现。

2，基于FPGA的逻辑电路实现数字信号处理，利用FPGA并行处理的优势可以实现各种高速的数字信号处理任务，但这种方案也有几个缺点：

a)编程难度大，开发周期长，对于有源电力滤波器这种需要复杂数字信号处理运算的场合，单纯使用硬件描述语言来开发，工作量巨大。

b)程序可读性较差，使用硬件描述语言开发的数字信号处理单元，是由一些硬件单元组合而成的，很难与数字信号处理程序挂钩，因此不便阅读。

c)维护困难，即使少量修改，常常牵涉到很多信号和部件的修改，容易出现错漏。

3，专用数字信号处理器(ASIC)，虽然性能不俗，但开发成本巨大，不适合用于大功率电力电子装置的数字信号处理。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种基于FPGA的五流水线数字信号处理器，它能完成大功率电力电子装置所需要的复杂的控制计算，执行效率高，并且程序易于开发，易于维护，仅占用少量的FPGA逻辑资源。