FPGA上的分布式低通FIR滤波器设计与优化

本文主要探讨了在FPGA设计中，如何通过分布式算法优化低通FIR滤波器的设计与实现。FPGA的硬件乘法器资源相对有限，直接应用会占用大量宝贵资源，因此文章提出了一种创新策略。首先，利用FPGA内丰富的存储器资源，特别是查找表（LUT）进行查找表运算，将乘法操作转化为一系列查找操作，这符合FPGA的并行处理特性，提升了运算效率。 分布式算法在此处主要体现在无符号数和有符号数两种类型的设计上。对于无符号数的分布式算法，假设输入数据x(n-k)的宽度为Lb，通过公式转换，将乘法分解为多个简单的查找操作。而对于有符号数，采用补码表示，同样将乘法分解为查找表中的映射，降低了硬件复杂度。 在软件实现方面，设计者预设了一个N位输入的查找表，用于存储部分乘积项，这样可以映射输入向量x(i)到对应的输出p(i)，极大地减少了存储空间需求。然而，由于查找表地址空间与阶数的关系是指数级的，完全依赖查找表实现可能会面临存储容量问题，因此需要巧妙地管理和利用有限的资源。 为了进一步提升滤波器的性能，文中还引入了线性相位FIR滤波器的对称性，通过这个特性，可以减少硬件规模，提高设计的紧凑性和效率。同时，采用了并行分布式算法结构和流水线技术，使得滤波过程能够并行执行，显著加快了滤波速度。 总结来说，这篇文章的核心内容是针对FPGA资源限制，通过分布式算法、查找表和优化的硬件设计，实现了高效、紧凑的低通FIR滤波器，适用于信号调理等需要高性能计算的数字信号处理应用领域。这种设计方法不仅节省了硬件资源，还提高了系统的实时性和性能，是FPGA设计中值得借鉴的重要实践。