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1、 数字信号处理系列课程 DSP应用技术DSP应用技术之五 李彧晟 数字信号处理系列课程 DSP应用技术五 可编程逻辑器件在DSP系统中应用5.1 ASIC与FPGA5.2 FPGA简介5.3 DSP与FPGA5.4 数字信号处理的新设计思想 数字信号处理系列课程 DSP应用技术5.1 ASIC与FPGA5.1.1 ASIC与通用集成电路与通用集成电路 专用集成电路（ASIC）是指专门为特别需要或特定的电子产品而设计的芯片。在ASIC没有出现以前，对所有电子产品的设计都是从选用通用的集成电路芯片开始，再由这些芯片和其它元件构成系统。这种自下而上的设计方法由于使用了大量不同的类型元件，从而不可避免
2、地造成系统体积大、功耗高、可靠性差的缺点。人们希望能够把这些由通用的元件搭成的系统集成到一个芯片上，即专用集成电路中来。但限于工艺水平、加工技术、市场约束，这一早在20世纪60年代就出现的呼声直到80年代才成为现实。数字信号处理系列课程 DSP应用技术 各电子产品厂家为在日益激烈的竞争中保持优势，都清楚地认识到开发周期短、功能强、可靠性高、保密性好的ASIC大有前途。与通用的集成电路相比，ASIC具有如下优点：体积小，容量大：将100万个以上门电路，数亿个 晶体管集成于一个芯片，体积自然很小；功耗低；可靠性高；保密性强；具有在线可编程能力；各种先进的开发手段大大缩短了开发周期。数字信号处理系列
3、课程 DSP应用技术5.1.2 半定制ASIC ASIC有全定制和半定制之分。其中半定制集成电路有如下几种：门阵列（Gate Array）标准单元（Standard Cell）简单可编程逻辑器件（SPLD）复杂可编程逻辑器件（CPLD）现场可编程门阵列（FPGA）数字信号处理系列课程 DSP应用技术1.门阵列门阵列 门阵列器件是最早开发的ASIC器件，也称自由逻辑阵列。它由很多基本单元（即门电路）组成固定的阵列。IC工厂在出厂的门阵列芯片上按照一定规格，制造大量规则排列的单元。用这种半成品芯片按自己需要连接基本单元以得到自己的电路。门阵列器件从结构上可划分为通道型和门海型两种结构。后者比前者的
4、结构更紧密，从而增加灵活性，提高了芯片的利用率。从门阵列的结构可看出，当门阵列的单元数目很大，其连线也必然复杂。但固定的阵列间布线通道的宽度是有限的，使得门单元利用率不能很高，所以为了提高门电路的利用率，并简化布线结构，在门阵列的基础上出现了标准单元的结构形式。数字信号处理系列课程 DSP应用技术2.标准单元标准单元 标准单元设计是指IC厂在出厂的ASIC芯片上，统一包装了一系列具有一定逻辑功能的单元，即标准单元。这些单元的功能各异，种类基本包含了所有中小规模集成电路。这些标准单元被统一放在一个库中。用户设计时，从库中选取自己所需的功能单元来搭成自己的系统。这很像搭积木，所有要用到的积木（标准
5、单元）都放在盒中（标准单元库），搭不同图案（用户电路）选取不同积木，作品完成后，图案上只有用到的积木，而没有的则还在盒中。从这里可看出标准单元与门阵列相比，它的布线通路宽度一定，这样就能极大地减小空间（即芯片面积）。数字信号处理系列课程 DSP应用技术3.可编程可编程ASIC 在半定制ASIC产品中的后三种SPLD、CPLD和FPGA一般统称为可编程ASIC。它是ASIC的一个重要分支。由于这三种器件都具有可编程能力，在市场上选购这种半定制器件，又可通过编程完成各自功能，厂家也非常乐于生产这种可批量生产的器件。于是消费者与制造者共同的青睐，使得可编程ASIC的发展异常迅速。目前将可编程ASIC
6、分为三类：SPLD、CPLD和FPGA。划分的主要标准是其结构的复杂程度。数字信号处理系列课程 DSP应用技术n 简单可编程逻辑器件SPLD 简单可编程逻辑器件是可编程 ASIC的早期产品。PROM，FPLA，PAL，GAL都属于此类。简单PLD的典型是由与阵列及或阵列组成的，能有效地实现以“积之和”为形式的布尔逻辑函数。n 复杂可编程逻辑器件CPLD CPLD的出现是在20世纪80年代末期。其结构上区别于早期的SPLD，最基本的一点在于：SPLD逻辑门编程，而CPLD为逻辑块板编程，即以逻辑宏单元为基础，加上内部的与或阵列和外围的输入输出模块，不但实现了除简单逻辑控制之外的时序控制，又扩大了
7、在整个系统中的应用范围和扩展性。具有简单（Flash）、时序确定等优点，但规模小、I/O脚定义没FPGA方便。数字信号处理系列课程 DSP应用技术n 现场可编程逻辑器件FPGA 现场可编程逻辑门阵列(Field Programm-able Gate Array)是20世纪 80年代中期出现的一种新型可编程器件。FPGA采用类似于掩膜可编辑门阵列的结构，并结合可编程逻辑器件的特性，使它既继承了门阵列逻辑器件密度高和通用性强的优点，又具备可编程逻辑器件的可编程特性。自从1985年美国Xilinx公司首家推出后，FPGA就倍受现代数字系统设计者的一致好评，并由此而得到迅速发展，现已广泛用于雷达、通信
8、、计算机、图像处理等诸多领域，而且还在不断扩展。FPGA强大的生命力，使各生产厂家纷纷加入此行列，使得FPGA性能不断优化价格不断降低。优异的性能价格比更加促进FPGA的市场销售，使FPGA成为20世纪90年代半导体集成电路工业中的销售增长最快的产品。数字信号处理系列课程 DSP应用技术5.2 FPGA简介 FPGA(现场可编程门阵列)与 CPLD(复杂可编程逻辑器件)都是可编程逻辑器件，它们是在PAL、GAL等逻辑器件的基础之上发展起来的。同以往的PAL、GAL等相比较，FPGA/CPLD的规模比较大，它可以替代几十甚至几千块通用IC芯片。这样的FPGA/CPLD实际上就是一个子系统部件。这
9、种芯片受到世界范围内电子工程设计人员的广泛关注和普遍欢迎。经过了十几年的发展，许多公司都开发出了多种可编程逻辑器件。比较典型的就是Xilinx公司的FPGA器件系列和Altera公司的CPLD器件系列，它们开发较早，占用了较大的PLD市场。两者占据了业界60%的市场。数字信号处理系列课程 DSP应用技术5.2.1 FPGA特点FPGA除了具有ASIC的特点之外，还具有以下几个优点：n 随着超大规模集成电路工艺的不断提高，单一芯片内部可以容纳上百万个晶体管，芯片的规模也越来越大，其单片逻辑门数已达到上百万门，它所能实现的功能也越来越强，同时也可以实现系统集成。n 芯片在出厂之前都做过百分之百的测
10、试，不需要设计人员承担投片风险和费用，设计人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件环境来完成芯片的最终功能设计。所以，FPGA的资金投入小，节省了许多潜在的花费。数字信号处理系列课程 DSP应用技术n 用户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同软件就可实现不同的功能。所以，用FPGA/CPLD 试制样片，能以最快的速度占领市场。其开发工具也较为丰富，软件包中有各种输入工具和仿真工具，及版图设计工具和编程器等全线产品，电路设计人员在很短的时间内就可完成电路的输入、编译、优化、仿真，直至最后芯片的制作。当电路有少量改动时，更能显示出FPGA/CPLD的优势。电路设计人员不
11、需要具备专门的IC(集成电路)深层次的知识，FPGA/CPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计，快速将产品推向市场。数字信号处理系列课程 DSP应用技术5.2.2 FPGA结构 FPGA的结构是由基于半定制ASIC门阵列的设计思想而得到的。FPGA的结构主要分为三部分：(1)可编程逻辑模块CLB(2)可编程输入输出模块IOB(3)可编程内部互连PI 可编程逻辑块和可编程互连资源的构造主要有两种类型：即查找表型和多路开关型。数字信号处理系列课程 DSP应用技术AlteraFPGA 内部结构 数字信号处理系列课程 DSP应用技术逻辑单元LE内部结构 数字信号处理系列课程 DSP
12、应用技术(1)可编程逻辑模块（CLB）CLB是排列规则的实现基本逻辑功能的单元，又叫宏单元。它遍布整个芯片。由于实现的逻辑功能难易不同，所以 CLB的规模大小差异很大。小的只有两个晶体，如实现倒相器功能的CLB；大的完成逻辑功能极其复杂。通常按CLB的大小划分为细粒度(fine-grain)和粗粒度(coarse-grain)两种。细粒度和粗粒度都有其各自优缺点。当然，粒度的划分形式并不拘泥一种，也可按功能块实现的布尔函数的数目多少、等效两输入与非门的数目、晶体管的总数和总的规划面积、输入输出数目等等方法进行划分。数字信号处理系列课程 DSP应用技术(2)可编程输入/输出模块Input/Out
13、put Blocks 可编程输入/输出模块(IOB)完成的功能是连接芯片与外部封装。IOB通常分布于可编程逻辑模块四周。(3)可编程内部互连(Programmable Interconnect)可编程内部互连(PI)是一些各种长度的连线和可编程的连接开关，通过PI的配置，将内部各个CLB，IOB联接起来，实现系统的逻辑功能，构成用户电路。数字信号处理系列课程 DSP应用技术5.2.3 FPGA设计流程 FPGA的设计可分为电路设计和版图设计两部分：一是电路设计是借助CAE（计算机辅助工程）工具，来进行设计输入、综合优化和设计仿真；二是版图设计则涉及制作工艺，如工艺映射、布局布线等。通常设计一个
14、FPGA并非一次完成，往往需要在电路设计和版图设计反复几次，才能达到FPGA产品的程度。首先用原理图或文本形式描述电路所应完成的各种功能。用原理图形式描述是较为普遍的方式，此外，还有VHDL、VerilogHDL等文本形式描述和电路硬件描述语言。随着设计复杂度的加大，这些硬件描述语言使设计人员的工作更加高效。数字信号处理系列课程 DSP应用技术 设计输入完成后，要对设计进行验证，确保设计无误，即进行设计仿真。通常这一步借助软件模拟来实现。如果发现了错误，则对设计输入部分修改；若通过仿真，没有逻辑错误，则进行设计实现。设计实现其实就是将用户和软件编写的FPGA设计方言改化为FPGA生产厂家能够用
15、于生产的方言。这部分的工作量很大，也是整个FPGA设计的核心。由于各FPGA厂商提供了用于版图设计的软件，只需通过简单操作，如选择参数、指定功能等，就可进行网表转换、逻辑分割和布局布线，这些都减轻了设计人员的工作量。设计实现后，再用专门软件进行时序仿真，确保加入了器件延时、线路延时后，在时序上也能够满足要求。这对于高速器件尤为重要。设计通过了时序仿真，就可算完成了芯片构造。数字信号处理系列课程 DSP应用技术 归纳起来分为三个步骤：(1)设计输入 这一阶段可用多种方法来输入设计。常用的有：原理图输入：可用原理图编辑器提供的工具代表逻辑元件的符号连接起来，建立门电路、逻辑功能块。文本输入：如布尔
16、方程、真值表、状态机输入，以及硬件描述语言（HDL）、超高速硬件描述语言(VHDL)等。(2)设计实现 设计实现是设计开发过程的核心部分。完成输入后，得到网表文件。此文件描述了用户电路上的逻辑功能和相互的连接。而设计实现主要完成三部分工作。数字信号处理系列课程 DSP应用技术a.完成映射 把设计分割到构成LCA的逻辑功能模块CLB、输入/输出模块IOB和其它资源。这应需要对设计的逻辑进行化简、优化，并有效分割。b.完成布局、布线 布局就是将这些模块分配到FPGA内部的物理位置上，完成初始布局。若有自动布线无法完成的连接，则还用约束条件来完成布线。c.构造 生成设计的FPGA构造码，产生配置位流
17、文件，用于对FPGA芯片进行构造。数字信号处理系列课程 DSP应用技术(3)设计验证 设计验证用于保证在最差情况下，设计在电路上可靠工作。它是整个设计中重要一步，主要完成测试和验证。FPGA的设计验证方法主要有三种：交互式验证、电路上验证和仿真。利用交互式验证可以交互式进行路径时序分析；电路上验证可在实际电路板上加载，测试设计；用仿真软件则是在设计实现后做完整测试。另有一种很受欢迎的检验技术是静态时序分析，用以检查设计的逻辑和时序，通过计算机信号通路的时序，辨别可能的竞争状态，检测出建立与保持电路是否可行、有无冲突。数字信号处理系列课程 DSP应用技术5.3 DSP与FPGA DSP内部结构使
18、它所具有的优势为：所有指令的执行时间都是单周期，指令采用流水线，内部的数据、地址、指令及DMA总线分开，有较多的寄存器。与通用微处理器相比，DSP芯片的通用功能相对较弱些。DSP是专门的微处理器，适用于条件进程，特别是较复杂的多算法任务。在运算上它受制于时钟速率，而且每个时钟周期所做的有用操作的数目也受限制。将模拟算法、具体指标要求映射到通用DSP中，比较典型的DSP通过汇编或高级语言如C语言进行编程，实现实时方案。DSP的代码可以实现高层的分支逻辑和判断。例如通信系统的协议堆栈，这是很难在FPGA上实现的。数字信号处理系列课程 DSP应用技术 从效果来说，采用DSP器件的优势在于：软件更新速
19、度快，极大地提高了系统的可靠性、通用性、可更换性和灵活性，但DSP的不足是受到串行指令流的限制。FPGA有很多自由的门，通过将这些门连接起来形成乘法器、寄存器、地址发生器等等。这些只要在框图级完成，许多块可以从简单的门到FIR或FFT在很高的级别完成。但它的性能受到它所有的门数及时钟速度限制。例如，一个具有20万门的Virtex器件可以实现200MHz时钟的10个16位的乘法器。FPGA包含有大量实现组合逻辑的资源，可以完成较大规模的组合逻辑电路设计；与此同时，它还包含有相当数量的触发器，借助这些触发器，FPGA又能完成复杂的时序逻辑功能。数字信号处理系列课程 DSP应用技术 FPGA的设计可
20、以通过使用各种EDA工具，设计人员可以很方便地将复杂的电路在FPGA中实现。许多FPGA可以无限的重新编程，加载一个新的设计方案只需要几百毫秒。超过几MHZ的取样率，一个DSP仅仅能完成对数据非常简单的运算。而这样简单的运算用FPGA将很容易实现，并且能达到非常高的取样速率。在比较低的取样速率时，整体上很复杂的程序可以使用DSP，这对于FPGA来讲是很困难的。对于较低速的事件，DSP是有优势的。可以将它们排队，并保证它们都能执行，但是在它们处理前可能会有些时延。而FPGA不能处理多事件，因为每个事件都有专用的硬件，但是采用这种专用硬件实现的每个事件的方式可以使各个事件同时执行。数字信号处理系列
21、课程 DSP应用技术 如果需要主工作环境进行切换，DSP可以通过在程序里分出一个新的子程序的方式来完成，而对于每种配置FPGA需要建立专门的资源。如果这些配置是比较小的，那么在FPGA中可以同时存在几种配置；如果配置较大则意味着FPGA需要重新配置，而这种方法只在某些时候可以采用。最后，FPGA是以框图方式编程的，这样很容易看数据流。DSP是按照指令的顺序流来编程的。大多数的单处理系统都是以某种框图方式开始设计的。实际上，系统设计者大多认为将框图移植给FPGA比将其转化为DSP的C代码更容易。数字信号处理系列课程 DSP应用技术n DSP与与FPGA的方案选择的方案选择 在选择数字系统核心处理
22、部分的方案时，有很多因素需要考虑。例如如何充分利用已有资源(包括软硬件）、系统要求的工作时钟速率以及算法或工作方式的特点等，这些对最佳方案的选择有很大的影响。具体地说，在最初的方案论证阶段，可以根据如下问题的回答情况来进行方案选择：该系统的取样速率是多少？如果高于几MHZ，FPGA是理所当然的选择。系统是否已经使用C语言编制的程序？如果是，DSP可以直接地实现。它可能达不到方案的最佳实现，但很容易进一步开发。数字信号处理系列课程 DSP应用技术系统的数据率是多少？如果高于2030Mbyte/s，则用FPGA处理更佳。有多少个条件操作？如果没有，FPGA是很好的；如果很多，则软件的实现即DSP的
23、实现是更好的选择。系统是否使用浮点？如果是，则使用可编程的DSP更好。目前为止，一些 FPGA开发商，如Xilinx公司的核还不支持浮点，尽管自己可以设计。所需要的库是否能够获得？DSP和FPGA都提供诸如FIR或FFT等基本的构建模块。然而，更复杂的或专用的构件可能得不到，这需要自己可以设计。数字信号处理系列课程 DSP应用技术n 方案示例方案示例 下面提供了几个数字系统设计例子，有助于理解前面介绍的方案选择原则。用于无线数据接收机的抽样滤波器。典型的CIC(Control Integrated Circuit)滤波器工作在50100MHz的取样率，5步CIC有10个寄存器和10个加法器，要
24、求加速度在5001000MHz。在这一速率下任何的DSP处理器将很难实现。然而CIC只有非常简单的结构，这样以FPGA来实现将会很简单。100MHz的取样率可以达到，甚至某些型号的FPGA还可以有些剩余资源来实现进一步的处理。数字信号处理系列课程 DSP应用技术 实现通信堆栈协议ISDN(Integrated Services Digital Network)综合服务数字网。IEEE1394有很复杂、大量的C代码，完全不适合用FPGA来实现；但是用DSP来实现却很简单。数字射频接收机的基带处理器。一些类型的接收机需要FFT来获得信号，然后经过匹配滤波获得信号，这两个模块可以很简单的用任何一种方
25、案实现。基带信号数据率较低，在满足实时性的前提下，可采用DSP来实现系统任务。但当实时性要求比较严格的情况下，可以考虑用FPGA来完成，目前FPGA内部已经含有硬件乘法器，可以高速的完成FFT和FIR运算，运算后的结果可送入DSP做简单处理。用两个FPGA模块实现上述功能，给系统带来了充分的灵活性和可扩展性。数字信号处理系列课程 DSP应用技术图像处理器。对于图像的处理过程多是简单的和重复的，这样很适合用FPGA实现。然而，一个成像处理流程往往用于在所观测的目标识别“斑点”或“感兴趣的区域”。这些“斑点”可能大小不一样，造成后端的判断及处理过程趋于复杂。同时，所用的算法往往是自适应的，取决于斑
26、点是什么样的。所以用DSP构成图像处理通道的后端处理部分是合适的。总之，DSP和FPGA代表着两种数字系统的信号处理的过程，各有所长和不足之处。对于许多高速采样频率的应用，特别是任务比较固定或重复的情况下，适合采用FPGA方案；同样，对于较低的取样速率和有很高复杂度的软件问题的情况适合采用DSP方案。数字信号处理系列课程 DSP应用技术5.4 数字信号处理新设计思想nDSPFPGA结构nFPGA内嵌DSPn实例 数字信号处理系列课程 DSP应用技术5.4.1 DSPFPGA结构 DSPFPGA结构最大的特点是结构灵活，有较强的通用性，适于模块化设计，从而能够提高算法效率；同时其开发周期较短，系
27、统易于维护和扩展。例如，一个由DSPFPGA结构实现的实时信号处理系统中，低层的信号预处理算法处理的数据量大，对处理速度的要求高，但运算结构相对比较简单，适于用FPGA进行硬件实现，这样能同时兼顾速度及灵活性。高层处理算法的特点是所处理的数据量较低层算法少，但算法的控制结构复杂，适于用运算速度高。寻址方式灵活、通信机制强大的DSP芯片来实现。数字信号处理系列课程 DSP应用技术 FPGA可以完成模块级的任务，起到DSP的协处理器的作用。它的可编程性使它既具有专用集成电路的速度，又具有很高的灵活性。DSP具有软件的灵活性；而FPGA具有硬件的高速性，从器件上考察，能够满足处理复杂算法的要求。这样
28、DSP FPGA的结构为设计中如何处理软硬件的关系提供了一个较好的解决方案、同时，该系统具有灵活的处理结构，对不同结构的算法都有较强的适应能力。尤其适合实时信号处理任务。数字信号处理系列课程 DSP应用技术5.4.2 FPGA内嵌DSP 应用将一些能实现基本数字信号处理功能的DSP模块嵌入的FPGA芯片是数字电路设计的另一个大趋势。有些公司已经或计划把基于ASIC的微处理器或DSP核与可编程逻辑阵列集成组合在一块芯片上。FPGA提供的DSP性能已超过1280亿MAC（乘法累加运算）每秒，大大高于目前主流供应商所能提供的传统DSP的性能。ALTERA公司最新Srtatix II的DSP块能够运行
29、在370MHz的频率上，具有非常高的DSP吞吐量，比目前先进的DSP处理器高几个数量级。最高系列的EP2S180有96个DSP模块，提供了284GMACS的吞吐量，支持384个1818乘法器。可以轻而易举的以200MHz的速率实现16bit的1024点FFT。数字信号处理系列课程 DSP应用技术 Xilinx作为世界可编程逻辑器件的领导厂商，拥有先进的FPGA技术以及先进的开发工具。2000年11月，推出 Xilinx XtremeDSP 行动。Virtex-可以提供6千亿MAC每秒的性能。采用这种并行结构，256阶FIR滤波器中的每个样本可以在一个时钟周期内处理完，因此极大地改善了DSP的性
30、能和效率。新的Virtex-系列的增强结构使其在实现需要计算的算法时具有独特的优势。Xilinx提供的测试数据表明，Xilinx FPGA比业界最快的DSP运行要快100倍。因此，单个FPGA即可代替传统上所谓的DSP处理器阵列。目前世界上的许多手机基站产品采用了Xilinx公司Virtex-E FPGA。为了建立大量的连接，手机基站需要处理大量的数据，其中大部分是采用某种DSP实现的。数字信号处理系列课程 DSP应用技术 Altera公司推出的DSP Builder为设计者提供了一个利用FPGA开发基于SOPC的数字信号处理系统的软件平台。DSPBuilder软件将算法开发仿真验证工具Mat
31、lab Simulink和HDL硬件综合、仿真、实现工具结合起来，使设计者在进行系统级设计、算法设计和硬件设计时共享同一个开发平台,并且不需要过多关注硬件设计方面的知识和硬件描述语言的编程。整个设计流程是基于MATLAB Simulink、DSP Builder和Quartus II的,包括从系统描述到硬件实现都可以在一个完整的设计环境中完成，同时也构成了一个自顶向下的设计流程。同时，DSP Builder作为MATLAB的一个Simulink工具箱出现的，使得设计者可以通过Simulink调用DSP Builder工具箱中的提供的(Intellectual Property)核进行DSP系统
32、设计。数字信号处理系列课程 DSP应用技术5.4.3 实例A/D双端口SRAMFPGA1FIFODSPFPGA2MCU时钟电路ModeSetFlashMemorySBSRAMJTAG电源管理异步串口差拍回波信号输入相关时序输入某导引头信号处理系统结构框图 数字信号处理系列课程 DSP应用技术 系统输入为前端混频后的差拍回波信号以及相关时序信号，经过信号处理器后系统输出当前在天线视场内有无目标，若有目标同时输出目标的相对位置。数据采集模块对前端输出的差拍回波信号进行采样、存储，并根据需要对数据总线进行电平转换。它包括AD转换器件(完成模拟信号转换成数字信号)，锁存器(实现电平转换)，双端口SRA
33、M(存储采集的数字信号)以及FPGA2(完成AD转换的时序控制和双端口SRAM的存取控制)。信号处理模块接收来自数据采集模块的数字差拍回波信号，对其进行一维距离像的成像，目标识别，以及对目标进行测角和跟踪，是导引头信号处理算法实现的主体部分。其中FFT运算由图中FPGA1来完成。数字信号处理系列课程 DSP应用技术 目标识别以及测角和跟踪等算法由DSP实现，它在拥有高速运算能力外，同时也具有强大的存储扩展能力。通过EMIF口，可以采用DMA方式直接将存储在FIFO中的FFT运算结果读入到DSP内部的数据储存器或者外接的SBSRAM，完成信号处理的后续运算。最终可以将编制好的DSP引导程序和应用程序通过片外的FlashMemory加载到片内程序存储器高速执行，实现系统的脱机运行。数据通信模块完成将信号处理结果通过异步串行口传送给导引头系统的中央控制器，中央控制器通过对伺服系统的控制来调整雷达天线以及载体的方向，最终使得弹目线与载体飞行方向重合。其主要由MCU来完成数据的通信任务。其控制信号均由图中FPGA2来产生。