一种基于fpga节省资源实现fir滤波器的设计方法

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1、第8卷第4期信息与电子工程Vo1．8．NO．42010年8月INFORMATIONANDELECTRONICENGINEERINGAug．，2010文章编号：1672—2892(2010)04．0455．04一种基于FPGA节省资源实现FIR滤波器的设计方法李海军，王玉萍，黄耀群(黑龙江科技学院电气与信息工程学院，黑龙江哈尔滨150027)摘要：有限长脉冲响应(FIR)滤波器的结构决定了用现场可编程门阵列(FPGA)设计非常消耗触发器资源或存储器资源。以／7阶滤波器为例，提出一种节省触发器和双口RAM的读写操作方法。通信系统应用仿真表明，与常规

2、FIR滤波相比较，本文方法不仅滤波效果良好，而且大量减少乘法器和加法器数量，有效节省触发器和双口RAM。滤波器阶数越高，越节省资源。关键词：滤波器；现场可编程门阵列；有限长脉冲响应；节省资源中图分类号：TN713．7文献标识码：AAmethodofresourcessavingtorealizeFIRfilterbasedonFPGALIHai—jun，WANGYu-ping，HUANGYao-qun(InstituteofElectricalandInformationEngineering，HeilongjiangInstituteofSc

3、ienceandTechnology，HarbinHeilongjiang150027，China)Abstract：ThestructureofFIRfilterdeterminesthatitwillconsumeagreatdealoftheresourcesofflip—flopormemorytodesigntheFIR(FiniteImpulseResponse)filterbyusingtheFPGA(FieldProgrammableGateArray)．Takingthen-orderfiltersforexample．ame

4、thodofreadandwriteoperationstosavetheresourcesofflip-flopanddual—portRAMwaspresented．ComparingwithaconventionalFIRfilter，theapplicationsimulationinacommunicationsystemshowedthatthemethodwasnotonlygoodforfiltering，butalsoinreducinganumberofaddersandmultipliers，savingflip—flop

5、anddual—portRAMeffectively．Thehigherordersoffilter，themoreresourcesweresaved．Keywords：filter；FPGA；FIR；resourcessavingFIR滤波器[1-21是由大量的延时单元和乘法器组成。用FPGA实现时，延时单元消耗的是触发器或存储器这种时序逻辑资源，乘法器则消耗的是组合逻辑资源或者专用乘法器资源。不管是延时单元还是乘法器，由于数量很多，对FPGA而言是一个沉重的资源负担。尤其在FPGA工作时钟是FIR滤波器输入数据速率Ⅳ倍(Ⅳ≥2)的情况下，

6、如果仍采用触发器实现延时单元，消耗的触发器资源会非常庞大；即使采用存储器资源来实现延时，对存储器资源非常少的FPGA系列(如Altera的Cyclone系列，Xilinx的Spartan系列)来说，也是非常奢侈的做法。因此，提出一种既能节省触发器资源，又能节省存储器资源的方法是一件很有意义的事情。本文提出的方法，主要是针对高速工作时钟、低速输入数据的情况；如果工作时钟与输人数据同频，则没有节省资源的效果。1方法描述1．1前提假设FIR滤波器阶数为”，则滤波器系数有个，但由于FIR滤波器总是对称的(c。=c，C=c，⋯)，因此真正不同的系数只有一

7、半，即n／2个("为偶数时)或者(n+I)／2个(为奇数He)。假设FPGA工作时钟频率为A，FIR滤波器的输入数据速率为，且=，其中，．V≥2。N即是下文经常提到的复用倍数。定义自然数k，当"为偶数，则k=-ceiling(n／2／N)；当为奇数，则k=ceiling((n+1)／2／N)。ceiling运算就是：除法有余数时，则运算结果为商加1；否则运算结果等于商。收稿日期：2010-01．11；修回日期：2010．03．15基金项目：黑龙江省教育厅面上项目(11541314)456信息与电子工程第8卷1．2结构如图1所示。data_in：

8、FIR滤波器输入数据；dataout：FIR滤波器输出数据；DPRAMm：用于延时的双12I_—RAM，m=l，2，⋯，2k；waddr：各双ElRA