MATLAB/Simulink下FPGA通信仿真实战：GW48-GK2/PK2平台与VHDL实现

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本文深入探讨了在现代科学计算和工程设计中广泛应用的MATLAB/Simulink仿真软件与FPGA实现之间的集成。MATLAB/Simulink以其强大的数学分析能力，被广泛应用于通信系统的设计与仿真。作者特别关注了利用DSP Builder这一现代DSP开发工具，来构建通信系统模型并进行仿真测试。章节中，首先介绍了FPGA的基本概念，它是现场可编程门阵列，一种可重新配置的集成电路，常用于高性能和低功耗应用。接着，作者重点讲解了VHDL语言，这是一种硬件描述语言，用于描述数字电路的行为，是FPGA设计的关键环节。章节二深入阐述了所使用的硬件平台GW48-GK2/PK2，它是FPGA开发的理想选择，提供了必要的硬件支持。MAX+PLUS II软件与平台的联合调试也被提及，确保了开发流程的高效性和准确性。在第三章，MATLAB/Simulink的介绍是核心部分。通过实例，如正弦波发生器和幅度调制AM的Simulink仿真，展示了如何在MATLAB环境中建立和测试通信系统模型。这不仅提高了设计的灵活性，也简化了系统验证过程。第四章着重于仿真结果的VHDL代码转换。通过使用DSP Builder，将MATLAB/Simulink中的仿真结果转换为VHDL代码，实现了从软件仿真到硬件实现的无缝衔接。这一过程对于将理论设计转化为实际可部署的硬件至关重要。总结部分，作者强调了MATLAB/Simulink与FPGA结合的重要性，以及整个开发流程对提高通信系统性能和效率的贡献。文章以致谢和参考文献收尾，突显出团队合作和学术研究的严谨性。本文提供了一个完整的流程，从MATLAB/Simulink的模型设计，到通过VHDL语言在GW48-GK2/PK2平台上实现的FPGA仿真，展示了现代仿真软件与硬件平台在通信系统设计中的高效协同工作。这对于理解和实践FPGA在通信系统中的应用具有很高的实用价值。

基于仿真软件的 FPGA 实现

的 FPGA 芯片，以提高产品性能。又如加州的 BlueArc 公司用 ALTERA 的 FPGA 开发出

一种存储器产品，其速度比 Network Appliance 和 EMC 公司的竞争产品更快。华盛顿

州 Bellevue 市的 MidStream Technologies 公司采用 XILINX 的 FPGA，为有限电视运

营商开发视频流服务器。这款服务器高仅 3.5 英尺，采用了 2 片 FPGA 芯片，可同时提

供 425 路视频流信号，比基于通用微处理器的服务器速度更快。5

超级电脑是科技世界中的极品：售价奇高，速度飞快，集成了数以千计的微处理器。

但这种超级电脑也浪费了非常多的芯片资源，每个处理器只能进行单任务操作，大部分

功能难以充分发挥。现在有了另一种更为简洁的设计：设计工程师开始采用 FPGA 芯片

来武装超级电脑，取代了原先大量的英特尔奔腾处理器。经过编程，FPGA 芯片可并行处

理多项任务，从而使所有电路都能随时发挥作用。FPGA 芯片还可以反复编程，而且几乎

可瞬时完成。在某一时刻它可以为美国国防部预报全球天气状况，下一时刻又可根据高

盛公司（Goldman Sachs）做的主要利率对冲情况来评估债券市场的风险。

下一代超级电脑将基于可编程逻辑器件，这种机器的功能将比目前最大的超级电脑

还要强大许多。其中的秘诀在于，设计者可以把自己的想法编成程序代码，然后让 FPGA

芯片去实现。

犹他州的 Star Bridge Systems 公司声称已经解决了这一问题。该公司使用 FPGA

和自己的 Viva 编程语言开发出了“超级电脑（hypercomputer）：“运行速度无与伦比”。

对该超级电脑进行测试的美国国家航空航天局（NASA）科学家表示，这一产品的性

能令人过目难忘。美国加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）和

杨百翰大学（Brigham Young University）的研究员也正在设计基于 FPGA 的电脑，这

些电脑可在运行中实现动态重配置。这对定位危险目标等军事应用和面容识别一类的计

算密集型安全应用十分有用。

二、VHDL 语言

(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)

VHDL 的英文全名是 Very-High-Speed Integrated Circuit

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