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    MathWorks Inc tools for fpga programming
    Tools For Fpga Programming, supplied by MathWorks Inc, used in various techniques. Bioz Stars score: 90/100, based on 1 PubMed citations. ZERO BIAS - scores, article reviews, protocol conditions and more
    https://www.bioz.com/product/fpga+program/us12253876-11-12-35
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    tools for fpga programming - by Bioz Stars, 2026-09
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    Article Title: Design Method for OFDM MODEM System with Fast Tracking Function Based on Model Based Design Using MATLB/Simulink
    Article Snippet: モデルベースデザイン手法による機能モジュール の最終ターゲットまでの開発の流れ MATLAB/Simulinkソフトウェアの開発元である The MathWorks社では図 20のようにモデルベースデザイン によるシステムのモデル化から機能モジュールの最終 ターゲットまでの開発,デバッグの流れを示している. 高速動作が必要な部分では,MATLAB/Simulinkモデ ルを基に,Simulink HDL Coderによりハードウェア記述 言語 HDLに自動翻訳し,最終的に FPGA化,または更 に ASIC(Application Specific Integrated Circuit,特定用 途向け集積回路)化される.一方,低速動作の機能につ いては,Real-Time Workshopにより C Codeに自動変換 され,ソフトウェア駆動,もしくは多少高速処理が必要 な部分については DSP(Digital Signal Processor,ディジ タルシグナルプロセッサ)化される. 3. .. で示した変復調システムでは,高速動作が要求さ れるため,機能モジュールの最終ターゲットとしては 図 18 シミュレーション過程のモニタリング (上左:送信信号スペクトル,上右:受信信号スペクトル, 下左:初期等化のみの信号空間配置, 下右:追随制御機能付きの信号空間配置) 図 19 16QAM 復調信号の同相成分 (上段は追随制御機能付き,下段は初期等化のみ) (48 波の変調信号は色を変えている) 解説論文:MATLAB/Simulink によるモデルベースデザイン手法を用いた高速追随機能付き OFDM 変復調システムの設計法 59 Topics of Emerging Technologies FPGAまたは ASICが想定されるが,今回は実験システ ムであることから FPGAを選択した.The MathWorks 社が提供する Simulink HDL Coderは,汎用性の高い一 部の Communications Blocksetを除いて HDL言語に完 全自動翻訳可能とはなっていない.今回,図 17におい て使用した Simulink Communications Blocksetのほとん どが自動化できない状況であった.そこで,MATLAB/ Simulinkで設計した機能ブロックを再度ハードウェア 記述言語に自動翻訳可能な機能ブロックを用いて書き換 える必要がある.どの機能ブロックを用いるかは機能モ ジュールの最終ターゲットまでの開発環境とセットで選 択する必要がある.開発キットとしては大規模な FPGA に加え DSPを組み合わせたもの,FPGAのみの比較的 中小規模なものなどが市販されている.今回,開発コス トの制限から FPGAのみの比較的中小規模な米国 Xilinx 社[25]と英国 NALLATECH社が共同開発した FPGA 開発キット「Xtreme DSP Kit for Vertex-4」(図 21)を選 定することとした.主な諸元として,ユーザが定義可能 なメインの FPGAである Xilinx社製 Vertex-4(ロジッ クセル数:34,560,RAMメモリ:345万 bit,乗算器: 18 bit×8 bitが 192,I/O数:448, 内部セルの最大動 作速度:500 MHz)を用いている.その他 A-D変換器 (14 bit,動作周波数:150 MHz)×2,D-A変換器(14 bit, 動作周波数:150 MHz)×2,クロック信号発振器,及 びクロック分配用 FPGAから構成されている.この開 発キットはホスト PCとして標準のWindows PC(OS: Windows2000/XP)から駆動可能となっている.今回, 図 17に示した高速追随機能付き OFDM変復調システ ムのMATLAB/Simulinkブロックのうち,開発キットの ハードウェア規模の観点から一次変復調,二次変復調, 入力データ信号源発生器の部分に限定して FPGA化を 行った. 4.1 FPGA開発設計ツールと必要なソフトウェア FPGA開発設計ツールとして前述の米 Xilinx社と 英 NALLATECH社が共同開発した「XtremeDSP Kit for Vertex-4」を使用した.それに付随して必要となるソフト ウェアは,米国 Xilinx社が開発した「System Generator for DSP」[26]と,「ISE(Integrated Software Environment, 統合ソフトウェア環境) Foundation」[27]である. 4.2 System GENERATOR for DSPによるモデル化 System Generator for DSPはMATLAB/Simulinkライ ブラリ環境において,HDL言語に変換するためのソフ トウェアであり「Xilinx Blockset」を提供している.図 22に Xilinx Blocksetが組み込まれたライブラリ(左)と System Generatorブロック(右)を示す.図 22(左)のラ MATLAB & Simulink System and Algorithm Design Real-Time Workshop Embedded Coder Simulink HDL Coder C Coder HDL MCU DSP FPGA ASIC G enerate G enerate Verify Verify 図 20 MATLAB/Simulink を用いたシステム開発の流れ 図 21 XtremeDSP Kit for Vertex-4 の概観 図 22 FPGA 設計で用いる Xilinx Blockset(左)と System Generator for DSP ブロック(右) 60 通信ソサイエティマガジン No.13[夏号]2010 イブラリから Xilinx Blockset を用いて,System Generator for DSP上にモデル化することができる. 3. .. で述べた高速追随機能付き OFDM変復調システ ムの同期系を除く OFDM変復調部の基本部分の FPGA 化を行うために,再び,System Generator for DSPが提 供する「Xilinx Blockset」を用いてモデル化した.その モデル化例を図 23に示す.上部は変調器を,また,下 部は復調部を示している.上段の変調部では PG(Pulse Generator)部で PN(Pseudo random Noise)信号発生器 によりランダムデータ信号を発生させ,S to P部でシリ アルパラレル信号変換した後,QAM Mapper部にて一 次変調器で 48の 16QAM変調信号が生成される.その 後,0信号付加,必要な信号の並び換えを行って 64の 信号を生成した後,二次変調である IFFTに入力されマ ルチキャリヤ化される.その後,ガードインタバルを付 加し,OFDM変調信号が生成される.一方,下段の復 調部では,変調部で生成された実部,虚部の OFDM信 号は,それぞれガードインタバルを除去した後,FFTに より分波され,信号を元の順番に戻し,0信号を除去 し,48の 16QAM信号に対して QAM Demapperにて 一次復調される.そして,P to S部にてパラレル・シ リアル信号変換され出力データ信号を得る.この作業 は Xilinx Blocksetを用いて手作業で行う必要がある. Xilinx Blocksetによるモデル化が実現できれば,System Generator for DSPを駆動して,HDL言語に自動変換さ れる. 4.3 ISE Foundation による FPGAの I/Oピン配置 配線及びビットファイルの書込みの実行 ISE Foundationは Project Navigator及び FUSE(Field Upgradable System Environment:フィールドアップグレー ド可能なシステム環境)という複数のソフトウェアから 成り立つ複合ソフトウェアである.Project Navigatorを 用いて System Generator for DSP上に構築された機能ブ ロックに対して I/O割当て,配置配線,ビットファイル データ(オブジェクトデータのこと)への変換を行うこ とができる. 次に,Project Navigator にて生成されたビットファイ ルデータは FUSEを使用して,FPGAへ書き込むことが できる.本開発キットとホスト PCの接続には USBケー ブルを用いる.キットへ転送するのは Project Navigator にて生成されたビットファイルデータとクロック配分用 のビットファイルデータである. Xtreme DSP Kit for Vertex-4にはクロック分配用の FPGAが乗っているため,クロック配分用のビットファ イルデータを転送する必要がある.これらを転送するこ Subsystem Constant In1 p_sel System Generator PG StoP Sig_Out Vdid S P Vdid1 Vdid0 Adder Vdid0 Vdid1 Red QAM_Mapper Imer Vdid1 Vdid0 Vdid1 Xk_im Xk_re Zero_pad_I Zero_pad_R Xn_re Xk_re Xn_im Xk_im Vdid1 IFFT Vdid1 GI_add_R GI_add_J Vdid1 Xr Xr 送信部出力 実部 送信部出力 虚部 In1 In2 In1 In2 Out1 Out1 GI_del_R GI_del_I V_out V_in Valid_timing FFT Xk_re Xn_re Xk_im Xn_im V_out Start Zero_del_R Zero_del_L Out1 Out1 Vdid0 In2 In1 In2 In1In2 In1 In3 QAM_DeMapper Out1 Vdid0 PtoS S P Vdid0 Vdid1 DAC1 DAC2 受信部出力 1 Out1 In1 In1 In1 In1 図 23 System Generator for DSP による OFDM 変復調器のモデル化例 解説論文:MATLAB/Simulink によるモデルベースデザイン手法を用いた高速追随機能付き OFDM 変復調システムの設計法 61 Topics of Emerging Technologies とで,FPGAや A-D変換器,D-A変換器にクロックが 供給され,それぞれに分配される. 4.4 FPGA化された OFDM変復調器の基本特性 Xtreme DSP Kit for Vertex-4上に実現した OFDM 変復調器における変調出力時間波形を図 24に示す. MATLAB/Simulink 上では帯域 20 MHz, 基本周期は 50 nsに設定したが,実ハードウェア上では動作余裕を考 慮して帯域 25 MHz,基本周期 40 nsに設定した.した がって,変調器出力の時間波形は FFT数 64,16サンプ ル GIが付加されて 80サンプル信号となり,同図のよう に 1 OFDMシンボル周期は 3.2μsになっていることが 確認できた.また,変調部入力データ(すなわちパルス 信号発生器の出力データ)と復調部出力データを比較し たものを図 25に示す.今回は変調部と復調部は直結さ れているため一定の時間シフト以外全く同じ信号となっ ており変復調器が正常に動作していることが分かる.今 後は,大規模な開発キットの調達を行って,今回実現で きなかった同期系,初期等化及び追随制御機能などの ハードウェア化を目指す. 5.



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