System Generator系列之多速率系统的使用（上）

玩FPGA的都知道，跨时钟域进行处理设计是很常见的事，而常见的有使用FIFO或者双口RAM实现跨时钟域的数据传输，再进而处理，本次将讲一下在System Generator中使用多速率系统，分成以下三个步骤进行：

第一步：创建时钟域层次结构

第二步：创建异步通道

第三步：指定时钟域

~Show Time~

在开始之前，需要运行一个.m的文件，用于之后对模块进行配置时所需要的变量赋值，该文件可在文末回复关键字获得，运行后三个主要窗口的结果如下：

创建时钟域层次结构

在新建的模型文件中放置两个信号源，分别为1MHz和20MHz，幅度也设置为不同，叠加后进行使用，配置分别如下：

使用Add将信号叠加，然后接入Gateway In，改个名字，模拟成ADC的输入：ADC In，结果如下：

Gateway In配置如下：

也许你已经猜到了，接着就是使用滤波器进行滤波了，不过这次是直接使用FIR的模块进行，不需要再分部件进行设计，FIR滤波器模块所在的位置如下：

把该模块添加三次，将使用一种半带滤波器进行滤波，半带滤波器是一种特殊的FIR滤波器，阶数只能为偶数，长度是奇数，滤波系数除了中间值为0.5外，其余的偶数系数都为0，系数集可以为：【coe,0,coe,...,0.5,....,coe,0】

FIR的模块添加好后，再添加一个FDATool进行该种滤波器的系数生成，FDATool的配置如下：

然后看下此时的滤波系数：

对前两个FIR进行同样的参数配置：

再加一个FDATool对第三个FIR进行设计

第三个FIR滤波器充当一个通道的作用

配置完成后，连接如下：

再将加上控制位数的模块，以及Gateway Out和观察的仪器，添加完成后，并连接如下

其中Mult是用于缩放信号幅度的，因此还需要添加一个幅度控制的常量与信号相乘，并且将连接Mult的Gateway In的配置做下更改

最终连接好的图：

其中System Generator的配置：

点击OK保存并关闭，将运行时间改为：30000/491.52e6，然后RUN，在频谱分析仪中观察结果：

如果观察这个你觉得有点看不懂频率的信息，可以点击右上方的Peak Finder，再将Value全部勾起，就可观察到以下的结果，也可以看出滤波器是想把20MHz滤除。

此时System Generator的环境通过该设计自动传播不同的数据速率，但是在硬件实现，也就是在FPGA中实现的时候，最优的实现是使用和数据频率相同的时钟，但是，在这个环境中，时钟是被抽象化了的，所以以下将演示如何以最有效的方式来创建一个理想的实现方式。

为使用System Generator高效的实现多数据率（或多时钟）的设计，应该捕获各自的层次结构中以相同的数据率（或时钟频率）运行的每个部分，单独的层次则使用FIFO进行链接。

先分析下刚刚的设计，会发现有两个明显的时钟域和一个不太明显的时钟域：

1、增益控制的SCALE输入可以从CPU配置，因此运行的是和CPU相同的时钟频率；

2、输出级的实际增益控制逻辑应该和FIR的输出数据以相同的频率运行，这样可以使得后端的模块更有效的连接到该系统中。

3、不太明显的地方就是滤波器那一部分，在最开始数字滤波器设计的部分，使用了一个由System Generator提供的复杂IP，例如FIR Compiler会自动使用超频的方式提供更高效的硬件，简单再描述下，就是使用100MHz的时钟频率让FIR Compiler进行工作会消耗40个乘法器资源，若使用500MHz的时钟频率则仅消耗8个乘法器资源（8=40*100/500），整个滤波器的链路因此可以使用一个单独的时钟域，第一个FIR Compiler的实例在一个很大的时钟频率下执行，随后的实例将自动利用过采样的优势进行。

根据上述的三种时钟域开始划分不同的时钟层次

选中所有的滤波器部分，包括FDATool，如下所示：

鼠标移到右下角那个省略号，若没显示了，就重新圈一下滤波器部分，会再次出现，移到对应位置后会出现一排选项，点Create Subsystem创建子系统，然后改名为DDC：

将图进行美化了一下摆放的位置（纯属强迫症~）

然后依次将滤波器后端的增益控制部分以及幅度控制的SCALE也创建成子系统，分别命名：Gain Control和Ctrl，弄好后，如下：

完成以上的操作后，每个子系统的逻辑将以不同的时钟频率执行，时钟域因为彼此不同步，所以在子系统之间会采集到错误数据。所以下一步将在不同的时钟域之间创建异步通道，以确保在设计的时候，数据可以在不同的时钟域中准确的传输。