FPGA中的FIR滤波器实现：转置型结构与优化

"该文是关于在FPGA中实现FIR滤波器的第二部分，主要探讨了转置型FIR滤波器的结构、特点以及优化方法，包括线性相位特性和流水线技术的应用。" 在数字信号处理领域，FIR（Finite Impulse Response）滤波器是一种重要的工具，其作用是通过滤除不需要的信号成分来提取有用信息。本文继续深入讨论在FPGA（Field-Programmable Gate Array）中实现FIR滤波器的策略，重点在于转置型结构。 转置型FIR滤波器的结构与直接型有所不同。它的特点在于不存储输入数据，而是存储乘累加的结果。这样的设计使得关键路径上的运算简化为一个乘法和一个加法，从而降低了延时。例如，一个10阶的FIR滤波器在转置型结构下，只需要1个DSP48E1单元和少量的Slice Registers和LUTs。然而，由于所有抽头系数都需要与输入数据进行乘法操作，这导致了较大的fanout，可能成为系统性能的瓶颈。 针对转置型FIR滤波器的缺点，文章提出了利用FIR滤波器的线性相位特性进行优化。线性相位FIR滤波器可以通过对称或反对称的系数配置减少乘法器的数量。在给出的例子中，11个抽头中有5对相同的系数，因此可以减少5个乘法器，仅使用6个DSP资源就能实现滤波器。这种方法有效地节省了硬件资源，同时也降低了延时。 为进一步优化时序，文章引入了流水线技术。通过在乘法器和加法器之间插入寄存器，创建了流水线级，使得每个阶段的计算可以并行进行。这种优化使得最大工作频率提高，最小周期缩短，从而提升了系统的处理速度。在流水线实现后，系统的资源利用率虽然有所增加，但总体性能得到了显著提升。 总结来说，该文详细阐述了FPGA中转置型FIR滤波器的设计和优化，包括如何利用线性相位特性和流水线技术来改善延时和资源利用率。对于理解和实现高性能的FIR滤波器系统，这些知识是至关重要的。