摘要：提出了一种采用现场可编码门阵列器件（FPGA）并利用窗函数法实现线性FIR数字滤波器的设计方案，并以一个十六阶低通FIR数字滤波器电路的实现为例说明了利用Xilinx公司的Virtex-E系列芯片的设计过程。对于在FPGA中实现FIR滤波器的关键——乘加运算，给出了将乘加运算转化为查找表的分布式算法。设计的电路通过软件进行了验证并进行了硬件仿真，结果表明：电路工作正确可靠，能满足设计要求。 关键词：FIR滤波器 FPGA 窗函数 分布式算法 流水线随着数字技术日益广泛的应用，以现场可编程门阵列（FPGA）为代表的ASIC器件得到了迅速普及和发展，器件集成度和速度都在高速长。FPGA
本文探讨了在单片机与DSP领域中，如何利用FPGA（现场可编程门阵列）实现基于流水线和分布式算法的FIR（有限 impulse response）数字滤波器。FIR滤波器在数字信号处理中起着重要作用，用于滤波、降噪、调制等多种功能。随着数字技术的发展，FPGA因其高集成度、高速度和可编程性等特点，成为实现FIR滤波器的理想选择。
在FPGA中实现FIR滤波器的关键是高效处理乘加运算。传统方法是等待所有乘积产生后再进行相加，而分布式算法则通过预先对输入数据的每一位进行相加，形成部分积，随后对这些部分积进行累加，从而显著减少了硬件电路规模，同时提高了执行速度，易于实现流水线处理。
文章以一个16阶低通FIR滤波器为例，详细介绍了利用Xilinx公司的Virtex-E系列FPGA进行设计的过程。介绍了FIR滤波器的基本概念，包括其数学表达式和线性相位FIR滤波器的幅度条件。接着，文章阐述了FIR滤波器的优化策略，例如通过中心对称特性简化表达式，减少乘法次数，以及利用查找表技术来进一步优化设计，减少所需逻辑资源。
分布式算法的具体实现中，每个输入样本与相应的系数相乘后，其部分积通过查找表进行并行计算。利用FPGA内部的查找表（LUT）和逻辑块，可以有效地并行处理这些运算，实现高速的数据处理。对于输入位数较多的情况，可能需要更多的加法器，但整体而言，分布式算法仍然能显著降低硬件复杂度。
本文提供了一种实用的FPGA实现FIR滤波器的方法，通过分布式算法和流水线技术，实现了高效、可靠的数字滤波器设计。这种方法不仅减少了硬件成本，还缩短了设计周期，适应了现代数字信号处理系统对高速、高精度和实时性的要求。对于单片机与DSP领域的工程师来说，理解和掌握这种设计策略，对于提升系统性能和效率具有重要意义。
