基于SOPC的LMS自适应滤波器实现及其应用

基于SOPC的LMS自适应滤波算法实现 本文研究了基于SOPC的LMS自适应滤波算法实现，旨在解决利用数字信号处理器（DSP）实现的自适应滤波器处理速度较低、抗干扰性差和编写底层HDL代码用现场可编程门阵列（FPGA）开发效率低的缺点。 通过使用基于FPGA的SOPC硬件平台，实现了最小均方误差（LMS）算法滤除信号中工频噪声成分的二阶自适应滤波器。该系统利用QuartusII中的SOPCBuilder在FPGA系统中嵌入了NoisII软核CPU，用于控制信号数据的存储、传输以及FPGA开发板与PC计算机的通信。LMS算法模块的VHDL代码由作为Matlab/Simulink工具箱的AlteraDSPBuilder中用可视化的方法直接生成。 自适应滤波一直是信号处理领域的研究热点之一，已经被广泛应用于通信、语音、图像处理、生物医学、和工业控制等领域。传统的自适应滤波算法大多基于DSP芯片，利用汇编或高级语言程序代码来实现。但是，这种方式在对实时性要求不高的场合能很好的满足性能要求，但在实时性要求较高以及电磁环境较恶劣的场合，这种方式在处理速度和抗干扰性能等方面已无法满足需要。 现场可编程门阵列（FPGA）是一种新兴的可编程逻辑器件，具有更高的密度、更快的工作速度和更大的编程灵活性。FPGA所具有的静态可重复编程和动态系统可重构特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改，极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性，缩短了产品的上市时间并降低了电子系统的开发成本。 可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。SOPC设计技术实际上涵盖了嵌入式系统设计技术的全部内容，除了以处理器和实时多任务操作系统（RTOS）为中心的软件设计技术、以PCB和信号完整性分析为基础的高速电路设计技术以外，SOPC还涉及目前已引起普遍关注的软硬件协同设计技术。 本文基于SOPC的LMS自适应滤波算法实现为解决自适应滤波算法在实时性要求高和电磁环境恶劣的场合中的不足之处，提高了电子系统设计的灵活性和通用性，并缩短了产品的上市时间和降低了电子系统的开发成本。