FPGA实现：脉动阵列与流水线技术优化的高阶FIR滤波器设计

本文主要探讨了"基于脉动阵列和流水线技术的FIR滤波器的FPGA实现"这一主题，由作者王世虎和莫亭亭，他们来自上海交通大学微电子学院。FIR滤波器在数字信号处理中扮演着重要角色，因其能够提供任意幅频响应和线性相位特性，特别适用于需要严格线性相位控制的图像处理应用。然而，随着FIR滤波器阶数的增加，计算复杂度和实时性要求使得优化其设计成为关键。 传统FIR滤波器通常采用累加结构，通过线性卷积计算每个输出样本，这涉及到N次乘法和N-1次加法操作，其中N是滤波器阶数。这种实现方式在资源消耗上存在瓶颈，尤其是在FPGA这类硬件平台，乘法器和加法器资源往往有限。 论文提出了一个创新的方法，即结合脉动阵列技术和流水线结构来解决这个问题。脉动阵列技术通过时间分片的方式，有效地提高了运算速度，能够在有限时间内处理大量数据，提升了滤波器的实时性能。然而，脉动结构会占用较多的乘法器和加法器资源。 流水线技术则可以实现资源的有效复用，通过将滤波器的各个部分并行化处理，减少了对单一资源的依赖，从而降低电路面积。将脉动阵列的高速运算优势与流水线的资源复用相结合，既满足了FIR滤波器实时处理的需求，又极大地减少了电路设计中的资源浪费。 文章的关键点在于设计了一种新型的流水线结构脉动阵列滤波器，它在保持高运算速度的同时，通过优化资源分配，实现了FIR滤波器在FPGA上的高效实现。这种方法对于提高FIR滤波器的计算效率和电路资源利用率具有重要意义，为数字信号处理领域特别是FPGA设计者提供了新的设计思路和技术路线。 总结来说，这篇论文的核心贡献在于提出了一种高效能的FIR滤波器实现策略，兼顾了滤波器的实时性和资源利用效率，为高性能的FPGA应用提供了实用的设计方案。这对于推进FIR滤波器在实时信号处理、通信系统和其他需要高性能数字信号处理的领域的实际应用具有显著价值。