基于分布式算法的高阶FIR滤波器及其FPGA实现.pdf

在深入探讨文章《基于分布式算法的高阶FIR滤波器及其FPGA实现》的核心知识点之前，我们首先需要明确几个关键的术语和概念。FIR滤波器，即有限冲激响应滤波器，是一种数字信号处理中常用的技术，广泛应用于包括软件无线电、数字雷达、移动通信和医疗仪器在内的多个领域。FPGA，即现场可编程门阵列，是一种可以通过硬件描述语言编程的半导体设备，能够在物理层面实现用户自定义的逻辑功能。 文章的标题指向了本研究的核心内容——高阶FIR滤波器的FPGA实现方法。高阶在这里指的是滤波器的阶数较高，高阶FIR滤波器由于其复杂性在硬件实现时往往面临较大的挑战。分布式算法（Distributed Arithmetic, DA）是解决这一问题的关键技术之一，它的核心思想是使用查找表（Look-Up Table, LUT）来替代乘法器结构，以此来实现FIR滤波器。 关键词中的“多相分解”是实现高阶FIR滤波器FPGA设计的另一个关键概念。多相分解允许将一个高阶的FIR滤波器分解为多个低阶的FIR滤波器，从而简化了硬件实现的复杂性。这种方法不仅可以降低FPGA实现时的资源消耗，还能提高系统的运行速度。 分布式算法（DA）最初由A. Croisier提出，并且由A. Peled和B. Liu进一步推广。随后，众多学者对DA算法进行了各种扩展和深入研究。例如，K. Yiu扩展了DA算法到有符号数的实现，而K. Kammerer和F. Taylor则研究了DA系统中的量化效应。 文章中提到的实验结果表明，通过使用分布式算法对FIR滤波器进行实现，并结合多相分解技术，可以有效地减少FPGA资源的使用，并且满足高速实时性要求。这一点在滤波器阶数从8到1024的实验设计中得到了验证，该系列FIR滤波器通过Quartus II 7.1软件进行综合与仿真，并在EP2S60F1020C4 FPGA设备上实现。 在此基础上，文章作者李书华和曾以成将理论应用于实践，设计了一系列FIR滤波器，并在具体的FPGA硬件上进行了测试。通过实验，他们证明了采用多相分解结构和改进的分布式算法，可以有效实现FIR滤波器的硬件化。这不仅解决了高阶FIR滤波器在FPGA上实现时占用资源多的问题，而且能够满足实时处理的需求。 文章的知识点涵盖了以下几个方面： 1. FIR滤波器的基本概念、特点以及在多个领域中的应用。 2. FPGA的基本概念、结构特点以及在数字信号处理中的应用。 3. 分布式算法（DA）的原理及其在FPGA实现高阶FIR滤波器中的优势。 4. 多相分解结构的引入及其在简化FIR滤波器设计中的作用。 5. 硬件资源优化和高速实时性实现的具体策略。 6. Quartus II 7.1工具在FPGA设计中的综合与仿真过程。 7. 实验设计、FPGA硬件平台的搭建及实际测试结果分析。 这些知识点不仅有助于理解FPGA实现高阶FIR滤波器的技术背景和方法，也为从事相关硬件开发的工程师提供了可行的实现参考。通过本研究，读者可以了解到在硬件设计中如何平衡算法效率与资源消耗，以及如何通过算法优化来提升FPGA实现的性能。