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摘 要：数字信号处理技术发展至今已经得到了广泛应用，基于FPGA对数字信号进行处理能够提高传统方法的速率和效率，在数字信号处理的多个方面体现出了明显优势。本文对FPGA在数字信号处理中的应用进行了研究和分析，首先简要介绍了数字信号处理的目的和FPGA相关的基本理论，然后从基于FPGA对数字信号处理的特征和FPGA在处理数字信号时的具体实现两个方面重点分析了FPGA在数字信号处理中的应用。FPGA的应用有效提高了对数字信号进行采集、处理和分析的能力，可显著提高数字信号处理领域的经济效益和应用价值。
关键词：FPGA，数字信号处理，应用
1引言
上个世纪六十年代，数字信号处理技术开始发展起来，随着信息技术的不断发展，该技术逐渐成为一种新兴学科。近年来，数字信号处理技术的应用范围不断扩大，各类应用或系统对数字信号处理技术的要求也逐渐提高。在传统的数据信号处理中，通常利用DSP芯片对信号进行分析和处理，但是这种方式存在速率较低、实时性较低的问题，但是面对新的应用需求，DSP技术已经难以满足[1]。在此背景下，FPGA芯片应运而生，在市场需求的不断扩大和驱动下得到了飞速发展，截止目前，FPGA芯片已经在数字信号处理领域发挥了重要作用，在市场份额中占据的也较大。本文对FPGA芯片在数字信号处理中的应用进行了研究和分析，期望能为该领域的研究者提供参考和借鉴。
2数字信号处理和FPGA理论分析
数字信号处理技术的基本原理是利用多种技术，包括网络信息技术、计算机技术等对科学进行应用，将信号进行数字化处理，进而实现对信号进行有效的采集以及后续的分析和应用，并最终寻找到能够在实际应用中发挥作用的质量较好的信号形式[2]。数字信号處理技术相比于传统的信号处理方式具有诸多优势，包括信号的预见性、稳定性以及适用性等，且这种技术处理所需花费的代价较低，成本可控。当前，随着各类信息技术的不断提高，数字信号处理过程中存在数据量大、运算复杂等特点。同时，数字信号处理技术在应用过程中通常对数据的处理速率和实时性要求较高。因此，高速计算、实时处理等成为了数字信号处理领域的重要发展方向之一，这也为数字信号处理提出了更高要求。而FPGA芯片的出现能够有效满足这类需求，目前已经在数字信号处理领域得到了广泛应用。
FPGA芯片是近年来较为流行的信号处理芯片，可以提供给用户进行科学化的编程，将数字电路中所需的逻辑功能，以函数或布尔表达式的形式进行表示，进而使得具备逻辑功能的数字集成电路能够真正投入应用[3]。在FPGA的各类应用中，FPGA芯片的诸多优点发挥了重要作用，包括较高的可靠性和集成性等，这些特点使得FPGA芯片能够在实际应用中采用并行或者串行的方式进行工作，而在时钟延迟方面，FPGA能够做到纳秒级的时钟精度。
3FPGA在数字信号处理中的应用分析
FPGA已经在数字信号处理领域得到了广泛应用，在应用过程中，与传统的数字信号处理方式相比具有明显优势或显著特点。下面本文从基于FPGA对数字信号处理的特征和FPGA在处理数字信号时的具体实现两个方面进行具体阐述。
3.1 基于FPGA对数字信号处理的特征
FPGA目前在数字信号处理过程中发挥了重要作用，在利用FPGA对数字信号进行处理时，会从多个方面体现出不同特点，具体如下：
（1）在FPGA的早期应用中，FPGA芯片主要利用供应商提供的对应软件，在实际工作中对电路进行科学且专业的设计，这种方式能够设计出不同门级的产品。与其他芯片相比，FPGS芯片在性能处理速度方面具有明显优势，且在实际的应用中，不管是在软件设计质量方面还是在系统的运算方面，都体现出了较高的应用水平[4]。但是，在于基于硬件的信号处理系统相比，这种方式也存在一定缺陷，如在对信号进行处理控制时速度偏低。存在这种问题的重要原因是，很多配套软件在执行命令时是按照一定的命令进行的，这样会使得相应的命令的执行、运算的控制以及各种运算步骤的迭代会存在可优化的空间。
（2）FPGA的应用极大提高了现有数字信号采集的质量和效率，近年来，随着网络技术、计算机技术等科学技术水平的不断提高，基于FPGA的应用中，状态机能够以另外一种方式对A/D信号进行采集，使得信号采集在质量和效率方面明显优于传统方法。
（3）FPGA在信号处理中的应用能够使得信号处理的速率和实时性得到很大提高。FPGA芯片的应用基本能够取代原有基于DSP芯片的信号处理，且基于FPGA芯片能够将现有各种资源进行整合，将各种资源之间的协调能够进行有效提升。
3.2 FPGA在处理数字信号时的具体实现
在传统的数字信号处理领域，通常利用DSP芯片完成相应工作，但是这种工作方式存在一定的问题和缺陷。与DSP相比，FPGA自身具备的诸多优势能够明显弥补或改善DSP存在的问题，可以明显提高对信号处理的水平和效率。具体而言，主要体现在以下几个方面：
一是FPGA芯片在实际应用中的状态更优。FPGA芯片应用时，通常需要对快速加法器或者乘法器进行合理高效设计，这样可有效提高数据运算的速率。
二是FPGA具备对大规模集成技术的综合应用能力，这种技术的应用使得基于FPGA对信号进行处理时，可以在对信号进行匹配滤波时对数字脉压数据进行加权处理，从而减少脉冲压缩系统所占的系统资源，通过这种方式的处理，可以在稳定性和安全性两个主要方面对系统的应用性能进行提高[5]。
三是FPGA具备优越的并行计算性能，传统的基于DSP的数字信号处理方式存在速率较低的问题，而FPGA的并行计算能力能够对这种缺陷进行有效弥补，尤其在当前的大数据时代，面对海量数据低速的处理能够会导致应用效果较差，可FPGA的高速处理性能面对这种应用时能够发挥极大作用。
四是FPGA在现场编辑器中的高效实用，能够使FFT算法得到实现。通过对FPGA芯片的应用，可以采用语言性描述来对硬件进行调用，且能够实现灵活的编程处理，实现硬件资源对数字信号的高效处理。
4结论
当前，FPGA芯片在数字信号处理中的广泛应用显著提高了信号处理的效率和质量，弥补了传统基于DSP对数字信号进行处理存在的各种缺陷。本文重点对FPGA在数字信号处理中的应用进行了研究，首先简要介绍了数字信号处理的目的和FPGA相关的基本理论，然后重点分析了FPGA在数字信号处理中的应用，主要从基于FPGA对数字信号处理的特征和FPGA在处理数字信号时的具体实现两个方面进行阐述。通过本文的研究和分析，可以增强对基于FPGA对数字信号进行处理的认识。从以上研究可以看出，FPGA的应用有效提高了对数字信号进行采集、处理和分析的能力，这种处理能力能够显著提高数字信号处理领域的经济效益和应用价值，也将进一步扩大FPGA的应用范围。
参考文献
[1]孙文莉， 王海涛， 蔡磊. 基于FPGA与DSP的发动机参数采集系统设计[J]. 计算机测量与控制， 2019（6）：186-189.
[2]胡铁乔， 李恒昶. 基于FPGA+DSP的ADS-B欺骗干扰检测优化[J]. 中国民航大学学报， 2019（5）：1-4.
[3]程然， 马柯. 一种DSP+FPGA/CPLD控制系统互联及同步策略[J]. 电力电子技术， 2019（6）：35-38.
作者简介：银江（1976.4.4），男，汉，内蒙古，四川九洲电器集团，工程师，电子工程。
关键词：FPGA，数字信号处理，应用
1引言
上个世纪六十年代，数字信号处理技术开始发展起来，随着信息技术的不断发展，该技术逐渐成为一种新兴学科。近年来，数字信号处理技术的应用范围不断扩大，各类应用或系统对数字信号处理技术的要求也逐渐提高。在传统的数据信号处理中，通常利用DSP芯片对信号进行分析和处理，但是这种方式存在速率较低、实时性较低的问题，但是面对新的应用需求，DSP技术已经难以满足[1]。在此背景下，FPGA芯片应运而生，在市场需求的不断扩大和驱动下得到了飞速发展，截止目前，FPGA芯片已经在数字信号处理领域发挥了重要作用，在市场份额中占据的也较大。本文对FPGA芯片在数字信号处理中的应用进行了研究和分析，期望能为该领域的研究者提供参考和借鉴。
2数字信号处理和FPGA理论分析
数字信号处理技术的基本原理是利用多种技术，包括网络信息技术、计算机技术等对科学进行应用，将信号进行数字化处理，进而实现对信号进行有效的采集以及后续的分析和应用，并最终寻找到能够在实际应用中发挥作用的质量较好的信号形式[2]。数字信号處理技术相比于传统的信号处理方式具有诸多优势，包括信号的预见性、稳定性以及适用性等，且这种技术处理所需花费的代价较低，成本可控。当前，随着各类信息技术的不断提高，数字信号处理过程中存在数据量大、运算复杂等特点。同时，数字信号处理技术在应用过程中通常对数据的处理速率和实时性要求较高。因此，高速计算、实时处理等成为了数字信号处理领域的重要发展方向之一，这也为数字信号处理提出了更高要求。而FPGA芯片的出现能够有效满足这类需求，目前已经在数字信号处理领域得到了广泛应用。
FPGA芯片是近年来较为流行的信号处理芯片，可以提供给用户进行科学化的编程，将数字电路中所需的逻辑功能，以函数或布尔表达式的形式进行表示，进而使得具备逻辑功能的数字集成电路能够真正投入应用[3]。在FPGA的各类应用中，FPGA芯片的诸多优点发挥了重要作用，包括较高的可靠性和集成性等，这些特点使得FPGA芯片能够在实际应用中采用并行或者串行的方式进行工作，而在时钟延迟方面，FPGA能够做到纳秒级的时钟精度。
3FPGA在数字信号处理中的应用分析
FPGA已经在数字信号处理领域得到了广泛应用，在应用过程中，与传统的数字信号处理方式相比具有明显优势或显著特点。下面本文从基于FPGA对数字信号处理的特征和FPGA在处理数字信号时的具体实现两个方面进行具体阐述。
3.1 基于FPGA对数字信号处理的特征
FPGA目前在数字信号处理过程中发挥了重要作用，在利用FPGA对数字信号进行处理时，会从多个方面体现出不同特点，具体如下：
（1）在FPGA的早期应用中，FPGA芯片主要利用供应商提供的对应软件，在实际工作中对电路进行科学且专业的设计，这种方式能够设计出不同门级的产品。与其他芯片相比，FPGS芯片在性能处理速度方面具有明显优势，且在实际的应用中，不管是在软件设计质量方面还是在系统的运算方面，都体现出了较高的应用水平[4]。但是，在于基于硬件的信号处理系统相比，这种方式也存在一定缺陷，如在对信号进行处理控制时速度偏低。存在这种问题的重要原因是，很多配套软件在执行命令时是按照一定的命令进行的，这样会使得相应的命令的执行、运算的控制以及各种运算步骤的迭代会存在可优化的空间。
（2）FPGA的应用极大提高了现有数字信号采集的质量和效率，近年来，随着网络技术、计算机技术等科学技术水平的不断提高，基于FPGA的应用中，状态机能够以另外一种方式对A/D信号进行采集，使得信号采集在质量和效率方面明显优于传统方法。
（3）FPGA在信号处理中的应用能够使得信号处理的速率和实时性得到很大提高。FPGA芯片的应用基本能够取代原有基于DSP芯片的信号处理，且基于FPGA芯片能够将现有各种资源进行整合，将各种资源之间的协调能够进行有效提升。
3.2 FPGA在处理数字信号时的具体实现
在传统的数字信号处理领域，通常利用DSP芯片完成相应工作，但是这种工作方式存在一定的问题和缺陷。与DSP相比，FPGA自身具备的诸多优势能够明显弥补或改善DSP存在的问题，可以明显提高对信号处理的水平和效率。具体而言，主要体现在以下几个方面：
一是FPGA芯片在实际应用中的状态更优。FPGA芯片应用时，通常需要对快速加法器或者乘法器进行合理高效设计，这样可有效提高数据运算的速率。
二是FPGA具备对大规模集成技术的综合应用能力，这种技术的应用使得基于FPGA对信号进行处理时，可以在对信号进行匹配滤波时对数字脉压数据进行加权处理，从而减少脉冲压缩系统所占的系统资源，通过这种方式的处理，可以在稳定性和安全性两个主要方面对系统的应用性能进行提高[5]。
三是FPGA具备优越的并行计算性能，传统的基于DSP的数字信号处理方式存在速率较低的问题，而FPGA的并行计算能力能够对这种缺陷进行有效弥补，尤其在当前的大数据时代，面对海量数据低速的处理能够会导致应用效果较差，可FPGA的高速处理性能面对这种应用时能够发挥极大作用。
四是FPGA在现场编辑器中的高效实用，能够使FFT算法得到实现。通过对FPGA芯片的应用，可以采用语言性描述来对硬件进行调用，且能够实现灵活的编程处理，实现硬件资源对数字信号的高效处理。
4结论
当前，FPGA芯片在数字信号处理中的广泛应用显著提高了信号处理的效率和质量，弥补了传统基于DSP对数字信号进行处理存在的各种缺陷。本文重点对FPGA在数字信号处理中的应用进行了研究，首先简要介绍了数字信号处理的目的和FPGA相关的基本理论，然后重点分析了FPGA在数字信号处理中的应用，主要从基于FPGA对数字信号处理的特征和FPGA在处理数字信号时的具体实现两个方面进行阐述。通过本文的研究和分析，可以增强对基于FPGA对数字信号进行处理的认识。从以上研究可以看出，FPGA的应用有效提高了对数字信号进行采集、处理和分析的能力，这种处理能力能够显著提高数字信号处理领域的经济效益和应用价值，也将进一步扩大FPGA的应用范围。
参考文献
[1]孙文莉， 王海涛， 蔡磊. 基于FPGA与DSP的发动机参数采集系统设计[J]. 计算机测量与控制， 2019（6）：186-189.
[2]胡铁乔， 李恒昶. 基于FPGA+DSP的ADS-B欺骗干扰检测优化[J]. 中国民航大学学报， 2019（5）：1-4.
[3]程然， 马柯. 一种DSP+FPGA/CPLD控制系统互联及同步策略[J]. 电力电子技术， 2019（6）：35-38.
作者简介：银江（1976.4.4），男，汉，内蒙古，四川九洲电器集团，工程师，电子工程。