DSP對電子系統設計來說非常重要，因為它能夠迅速地測量、過濾或壓縮即時的模擬信號。這樣有助于實現數字世界和真實（模擬）世界的通信。但隨著電子系統進一步精細化，需要處理多種模擬信號源，迫使工程師不得不做出艱難的決策。是使用多個DSP并將其功能與系統的其余部分同步更具優勢？還是采用一個能夠處理多功能的具有精細軟件的高性能DSP更具優勢？

　　由于當今的系統非常復雜，在許多情況下，單DSP的實現方案根本沒有足夠的處理能力。同時，系統架構也不能滿足多芯片系統帶來的成本、復雜性和功耗要求。

　　FPGA已成為需要高性能DSP功能的系統的理想選擇。事實上，與單獨的數字信號處理器相比，FPGA技術常常能夠為高難度的DSP挑戰提供大為簡化的解決方案。要明白其中的緣由，需要回顧一下DSP的起源以及發展。

　　圖1：傳統的DSP架構。

　　專用微處理器

　　在過去二十年里，傳統的DSP架構一直在竭盡全力地跟上不斷提高的性能需求的步伐。但隨著視頻系統大踏步地邁進高清和3D時代，并且通信系統為實現更高帶寬已將現有技術發揮到極致，設計人員需要替代性的實現策略。常用于實現數字信號處理算法的硬件不外乎如下三種基本器件之一：微處理器、邏輯電路和存儲器。部分設計還需要額外的硬件來實現模數（A/D）和數模（D/A）轉換以及高速數字接口。

　　傳統的數字信號處理器是設計用于實現專門目的的微處理器。這類處理器非常適合算法密集的任務，但是性能卻受時鐘速率和其內部設計順序性的限制。這限制了它們對輸入數據采樣每秒最多執行的運算次數。一般來說，每執行一次算術邏輯單元（ALU）運算需要三或四個時鐘周期。多核架構可以提升性能，但是提升幅度仍然有限。因此，采用傳統的信號處理器設計必須將架構單元重復用于算法實現。對每次執行的加、減、乘或其它任何基本運算，不論是內部還是外部反饋，每次執行都必須循環通過ALU。

　　不幸的是，在處理當今眾多的高性能應用時，這種傳統的DSP難以滿足系統的要求。在過去為此提出過多種解決方案，包括在一個器件中使用多個ALU，或在一塊板上布置多個DSP器件。然而，這些方案往往會造成成本的大幅上升，并且只是把問題推向另一個領域。例如：用多個器件提高性能遵循指數曲線。要讓性能提高一倍，需要兩個器件。再提高一倍，則需要四個器件，依此類推。另外，編程人員往往從注重信號處理功能轉為注重多個處理器與內核之間的任務調度。這樣會產生大量的附加代碼，而且這些代碼會成為系統開銷，而不是用于解決眼前的數字信號處理問題。

　　FPGA技術的引入為解決DSP實現方案日益增長的復雜性帶來了福音。FPGA最初開發用于整合和集中分立的存儲器和邏輯電路，以實現更高的集成度、更出色的性能以及更高的靈活性。FPGA技術已成為當今使用的幾乎每一款高性能系統的重要組成部分。與傳統的DSP相比，FPGA是由可配置邏輯塊（CLB）、存儲器、DSP邏輯片（Slice）及一些其它元件組成的統一陣列構成的巨大并行結構。它們既可以使用VHDL和Verilog等高級描述語言進行編程，也可以在方框圖中用系統生成器（System Generator）編程。FPGA還提供眾多的專用功能和IP核，用于以高度優化的方式直接完成實現方案。

　　在FPGA中完成數字信號處理的主要優勢在于能夠根據系統要求定制實現方案。這意味著對于多通道或高速系統，用戶可以充分利用FPGA器件的并行性來實現性能的最佳化，而對低速系統，則可以更多地采用串行方式完成設計。這樣，設計人員就能夠根據算法和系統的要求來定制實現方案，而不必折衷期望的理想設計來迎合純順序器件的諸多局限。另外，超高速I/O通過最大限度地提高從捕捉經處理鏈再到最終輸出的數據流，可進一步降低成本并減少瓶頸問題。

　　下面以一個同時使用傳統DSP架構和FPGA架構的FIR濾波器實現方案為例，來說明每種解決方案的優劣。