应用分布式算法在FPGA平台实现FIR低通滤波器
李明纬 黄世震
(福州大学 福建省微电子集成电路重点实验室 福州 350002)
摘要:在利用FPGA实现数字信号处理方面,分布式算法发挥着关键作用,与传统 的乘加结构相比,具有并行处理的高效性特点.本文研究了一种16阶FIR滤波器的 FPGA设计方法,采用Verilog HDI语言描述设计文件,在Xilinx ISE 7.1i及ModelSim SE 6.1b平台上进行了实验仿真及时序分析,并探讨了实际工程中硬件资源利用率及 运算速度等问题. 关键词:FIR滤波器,FPGA,分布式算法,窗函数,Verilog HDL
Applies the DA algorithm to realize the FIR filter in the FPGA platform
Li mingwei, Huang Shizhen, (Microelectronic Integrated Circuit Lab of Fujian, Fuzhou University, Fuzhou350002) Abstract: In using the FPGA realization digital signal processing aspect, the DA algorithm is playing a key role, while compare the structure with the tradition, it has the parallel processing and the effectiveness special artillery. This article has studied 16 steps FIR filter based on FPGA, uses Verilog HDL description design document, platform has carried on the experimental simulation and the succession analysis in Xilinx ISE 7.1i and ModelSim SE 6.1b. And has discussed the hardware question and so on resources use factor and operating speed in the actual project. Keywords:FIR filter,FPGA,DA algorithm,windows function,Verilog HDL 1,引言 随着系统对宽带,高速,实时信号处理要求越来越高,对滤波器的处理速度, 带宽等性能要求也随之提高.FPGA 也在逐渐取代 ASIC 和 PDSP,用作前端数字信号 处理的运算(如:FIR 滤波,CORDIC 算法或 FFT). 乘累加运算是实现大多数 DSP 算法的重要途径, 而分布式算法,则能够大大提高 乘累加运算的效能,目前滤波器大致有以下几种实现方法. (1) 使用通用的可编程 DSP 芯片编程实现, 它们主要的数学运算单元是乘累加 器(MAC).MAC 能在一个机器时钟周期内完成一次乘累加运算,同时硬件上配备不 同等级的流水结构和哈佛结构,能够实现高速实时的数字信号处理.但由于固定的 硬件结构和流水等级, 使得在应用上有所限制. 同时, 就是同一公司的不同系列 DSP 芯片,其编程的指令集也会有所不同,因而加大了开发周期. (2) 采用专用的 ASIC 数字信号处理芯片.这种方法是芯片体积小,保密好, 性能高.缺点是功能单一,灵活性小,多是针对某种功能的设计.
李明纬 男 1982-11-10 福州大学微电子专业研究生
(3) 采用可编程逻辑器件(CPLD/FPGA).FPGA 具有灵活的可编程逻辑,突破 了并行处理与流水级数的限制,可以很好的实现信号处理的实时性.同时,开发程 序的可移植性好,可以缩短开发周期[1]. 2,FIR 滤波器与分布式算法的基本原理 一个 N 抽头 FIR 滤波器的输出由下式表示: (1) (1)式中,x(n)是 N 个输入数据, h(n)是滤波器的冲激响应.根据线性相 FIR 数字滤波器冲激响应的对称性[2],可得公式(2),乘法运算量减小了一半.实现如 图 1 所示,其中 N 为奇数.
(2) 若设[x(n)+x(N-n+1)]=xk,h(n)=Ak,则公式(2)可以做一个等效,对于有符 号数 xk .xk 用二进制补码表示:其中 xk,i 为二进制数,为 0 或 1,Ak 为常数: 代入公式(2)得(3)式.

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