Vivado中FIRl IP核滤波器设计

摘要 主要是通过Vivado的Fir compiler IP核进行数字滤波器的设计，使用者只要提供相应的指标就可以进行高性能的数字滤波器设计。使用工具：Vivado 、MATLAB Fdatool 、MATLAB（Python）。 一、抽头系数的生成 第一步是使用MATLAB中Fdatool工具对滤波器进行设计，导出抽头系数 打开MATLAB中的工具箱找出FDATOOL，并打开，如上图。 下面就是根据我们的需求在fdatool中输入相应的指标，具体如下图 如上图，我们设置的是个高通滤波器，这是最近帮别人写的一个小程序因为是截止频率太小所以效果可能不是特别好。 图中1：是选择滤波器的类型 在Vivado中进行FIR (Finite Impulse Response) 滤波器设计时，主要依赖于FIR Compiler IP核，这是一个高度灵活的模块，能够根据用户提供的指标生成高性能的数字滤波器。该设计过程通常包括以下几个步骤： 1. **抽头系数的生成**： 使用MATLAB的Fdatool工具，可以根据设计要求（如滤波器类型、截止频率、阻带衰减等）来计算滤波器的抽头系数。Fdatool提供了多种滤波器类型选择（如低通、高通、带通、带阻），以及不同的滤波器实现方法（如窗函数、脉冲响应不变法、双线性变换等）。例如，图中选择了高通滤波器和汉明窗函数。在设置好参数后，可以通过Design Filter查看滤波器的频率响应，然后导出为`.coe`文件，以便在Vivado中使用。 2. **FIR Compiler IP核参数设置**： 在Vivado中打开FIR Compiler IP，首先选择源文件为之前生成的`.coe`文件。接着，设定滤波器的工作模式，例如，单速率模式（Single Rate）要求IP核的时钟频率与采样频率相同。其他模式如多速率或自适应滤波器则需要特殊配置。此外，要设置系数类型为有符号（Signed），结构为对称（Symmetric），输入和输出的数据宽度以及符号类型也需要根据实际需求调整。注意，如果FIR的输出是全精度的，可能需要在VHDL或Verilog代码中手动截断。 3. **Vivado中的调用与实例化**： 在Vivado的项目中，将FIR Compiler IP核添加到设计中，生成相应的IP核实例化代码。将这段代码复制到顶层模块（Top）中，并连接所需的输入和输出信号，例如系统时钟、复位信号、数据输入和输出等。对于有符号输入，可能需要进行位移操作以确保正确处理负值。此外，为了截断输出，可以使用Verilog的`assign`语句。 4. **系统集成与仿真验证**： 完成上述步骤后，将IP核与其他系统组件（如ADC、DAC、PLL等）集成，并进行系统级仿真以验证滤波器的性能。这一步骤包括检查滤波器的频率响应是否符合设计要求，以及在不同输入信号下的行为。 5. **硬件实现与优化**： 对于硬件实现，要考虑资源利用率和功耗，可能需要进行优化，如降低滤波器的阶数以减少逻辑资源，或者使用分布式RAM来节省片上存储。Vivado的Synthesis和Place & Route流程会帮助评估实现后的性能和资源占用。 6. **测试与调试**： 在硬件板上进行功能验证，使用示波器或其他仪器观察输入和输出信号，确保滤波器工作正常。如有问题，可能需要回到设计阶段进行调整。 通过以上步骤，可以在Vivado环境中成功地利用FIR Compiler IP核设计和实现数字滤波器，满足各种通信、信号处理和图像处理应用的需求。