modelsim已知滤波器系数，用卷积实现高通滤波，，并编写测试程序

以下是在 ModelSim 中使用卷积实现高通滤波器并编写测试程序的步骤：

1. 首先，需要准备高通滤波器的系数。假设我们有以下系数：[0.1, -0.2, 0.5, -0.2, 0.1]。

2. 在 ModelSim 中创建一个新的 VHDL 文件，命名为 "high_pass_filter.vhd"。

3. 在文件中定义一个实体，该实体具有两个输入和一个输出：

entity high_pass_filter is
    port (
        clk   : in  std_logic;
        x     : in  std_logic_vector(7 downto 0);
        y     : out std_logic_vector(7 downto 0)
    );
end entity;

其中，输入 x 是需要被滤波的信号，输出 y 是滤波后的信号。

4. 在实体中定义一个过程，该过程实现卷积操作：

architecture behavioral of high_pass_filter is
    type coef_array is array(0 to 4) of real;
    constant coef : coef_array := (0.1, -0.2, 0.5, -0.2, 0.1);
    type delay_line is array(0 to 4) of std_logic_vector(7 downto 0);
    signal dl : delay_line;
begin
    process (clk)
        variable acc : real := 0.0;
    begin
        if rising_edge(clk) then
            -- Shift in new input sample
            dl(4) <= x;

            -- Perform convolution
            acc := 0.0;
            acc := acc + real(dl(4)) * coef(0);
            acc := acc + real(dl(3)) * coef(1);
            acc := acc + real(dl(2)) * coef(2);
            acc := acc + real(dl(1)) * coef(3);
            acc := acc + real(dl(0)) * coef(4);
            y <= std_logic_vector(to_signed(integer(acc), 8));

            -- Shift delay line
            dl(3) <= dl(4);
            dl(2) <= dl(3);
            dl(1) <= dl(2);
            dl(0) <= dl(1);
        end if;
    end process;
end architecture;

在这个过程中，我们定义了一个系数数组 coef，以及一个延迟线 delay_line，用于存储输入信号的历史数据。在每个时钟上升沿时，我们将新的输入样本移动到延迟线的末尾，并执行卷积操作。卷积的结果存储在变量 acc 中，并转换为 8 位有符号二进制数后输出到输出端口 y。最后，我们将延迟线向右移动一个位置。

5. 在同一文件中，添加一个顶层实体，用于将测试信号送入高通滤波器，并将输出信号与期望输出进行比较：

entity top is
end entity;

architecture sim of top is
    signal clk : std_logic := '0';
    signal x   : std_logic_vector(7 downto 0);
    signal y   : std_logic_vector(7 downto 0);
begin
    dut : entity work.high_pass_filter
        port map (
            clk => clk,
            x   => x,
            y   => y
        );

    process
    begin
        -- Test case 1
        x <= std_logic_vector(to_signed(10, 8));
        wait for 10 ns;
        assert y = std_logic_vector(to_signed(1, 8)) report "Test case 1 failed" severity error;

        -- Test case 2
        x <= std_logic_vector(to_signed(20, 8));
        wait for 10 ns;
        assert y = std_logic_vector(to_signed(3, 8)) report "Test case 2 failed" severity error;

        -- Test case 3
        x <= std_logic_vector(to_signed(-30, 8));
        wait for 10 ns;
        assert y = std_logic_vector(to_signed(-4, 8)) report "Test case 3 failed" severity error;

        -- Test case 4
        x <= std_logic_vector(to_signed(-40, 8));
        wait for 10 ns;
        assert y = std_logic_vector(to_signed(-7, 8)) report "Test case 4 failed" severity error;

        -- Test case 5
        x <= std_logic_vector(to_signed(50, 8));
        wait for 10 ns;
        assert y = std_logic_vector(to_signed(-3, 8)) report "Test case 5 failed" severity error;

        wait;
    end process;

    process
    begin
        clk <= '0';
        wait for 5 ns;
        clk <= '1';
        wait for 5 ns;
        clk <= '0';
        wait for 5 ns;
        clk <= '1';
        wait for 5 ns;
        clk <= '0';
        wait for 5 ns;
        clk <= '1';
        wait;
    end process;
end architecture;

在这个顶层实体中，我们使用了一个过程来生成时钟信号，并在每个测试样例中将输入信号设置为不同的值。我们等待 10 ns，以确保滤波器有足够的时间来处理输入信号，并使用 assert 语句来比较输出信号和期望输出。如果有任何测试样例失败，我们将显示一个错误消息。

6. 在 ModelSim 中编译并运行仿真，验证高通滤波器的功能。