FPGA分布式算法实现低通FIR滤波器

"单片机与DSP中的基于FPGA分布式算法的滤波器设计" 本文探讨的是在单片机与DSP应用中，如何利用FPGA（Field-Programmable Gate Array）的分布式算法来设计高效的滤波器。传统的数字滤波器实现通常依赖于ASIC（Application-Specific Integrated Circuit）和DSP（Digital Signal Processor）。然而，FPGA因其内置的查找表（LUT）结构，特别是SRAM（Static Random-Access Memory）特性，提供了更好的并行处理能力和可扩展性，成为构建高性能可编程算法的新选择。 分布式算法在FPGA设计中具有显著优势，尤其在处理乘加运算时。由于FPGA的硬件乘法器资源有限，直接进行乘法操作会占用大量资源。因此，文章提出了一种基于分布式算法的低通FIR（Finite Impulse Response）滤波器设计，该设计充分利用FPGA的存储器资源，通过查找表运算替代乘法操作，有效地减少了硬件资源的消耗。 为了进一步优化设计，文章利用线性相位FIR滤波器的对称性来减小硬件规模。线性相位滤波器的系数具有对称性，这使得部分计算可以通过复用已计算的结果来完成，从而节省硬件。此外，通过分割查找表的方法，降低了存储需求，降低了系统的复杂性。 文章还提到了采用并行分布式算法结构和流水线技术，这有助于提高滤波器的运行速度。在FPGA平台上，这种设计能够实现高速的数据处理，满足实时滤波的需求。具体到算法设计，FIR滤波器的计算可以通过将乘积项转换为常数乘法来简化。对于无符号数，分布式算法可以将输入数据按位分解，然后并行执行加法。对于有符号数，需要考虑补码表示，分布式算法则需要处理负数和溢出问题。 该文提供了一种在单片机和DSP系统中，通过FPGA实现高效滤波器的新方法，结合分布式算法、查找表技术和硬件优化策略，实现了资源利用率高、性能优良的数字滤波器设计。这种方法不仅适用于FIR滤波器，还可以为其他需要高速并行处理的数字信号处理任务提供借鉴。