|
當前，無(wú)論在軍事還是民用方面，對于數字信號處理的實(shí)時(shí)性、快速性的要求越來(lái)越高�？删幊踢壿嬈骷≒LD）由于在速度和集成度的飛速提高，越來(lái)越多的電子系統采用可編程邏輯器件來(lái)實(shí)現數字濾波。 Altera公司的FLEX10K是工業(yè)界第一個(gè)嵌入式的PLD，具有高密度、低成本、低功率等優(yōu)點(diǎn)。器件的主要結構特點(diǎn)是除主要的邏輯陣列塊（LAB）之外，首次采用了嵌入陣列塊（EAB）。每個(gè)陣列塊包含8個(gè)邏輯單元（LE）和一個(gè)局部互連。一個(gè)LE又由四輸入查找表（LUT）、一個(gè)可編程寄存器和專(zhuān)用的載運和級聯(lián)功能的信號通道所組成。 在FLEX10K器件中，把每一組邏輯單元（8個(gè)LE）組成一個(gè)邏輯陣列塊（LAB），所有的邏輯陣列塊（LAB）排成行和列。在一行里還包含一個(gè)單一的EAB。多個(gè)LAB和多個(gè)EAB采用快速通道互相連接。 嵌入式陣列塊（EAB）是FLEX10K系列器件在結構設計上的一個(gè)重要部件。它是一個(gè)輸入端口和輸出端口都帶有寄存器的一種靈活的RAM塊，嵌入陣列塊（EAB）組成的規模和靈活性對比較多的內存是適宜的。功能包括乘法器、向量的標準和誤差矯正電路等。在應用中，這些功能又能夠聯(lián)合完成數字濾波器和微控制器的功能。 采用可編程的帶有只讀平臺的嵌入陣列塊（EAB）在配置期間可執行邏輯功能并建立一個(gè)大的查找表（LUT），在這個(gè)查找表里用查找的結果執行組合邏輯函數，而不用計算它們。顯然，用這種組合邏輯函數執行比通常在邏輯里應用算法執行要快，而且專(zhuān)用EAB容易應用，并且快速提供可能預測的延遲。 本文介紹了應用Altera 公司的FLEX10K系列CPLD快速完成卷積的方法實(shí)現有限沖激響應(FIR)濾波器的設計。 查表法實(shí)現卷積運算方法 有限沖激響應（FIR）濾波器的基本結構如是一個(gè)分節的延時(shí)線(xiàn)，把每一節的輸出加權累加，得到濾波器的輸出。數學(xué)上表示為： 結構如圖1所示。它由用一條均勻間隔抽頭的延遲線(xiàn)上對抽頭信號進(jìn)行加權求和構成。 根據上式，可以看出FIR數字濾波器涉及到大量的卷積運算，使用常規硬件實(shí)現時(shí)會(huì )占用大量的資源。通過(guò)充分利用FLEX10K系列芯片所具有的查表結構，將卷積運算轉化為查表移位求和來(lái)實(shí)現。例如：對于式 y = [ x(1) h(1) ]+[ x(2) h(2) ]+[ x(3) h(3) ] + [ x(4) h(4) ] （1） 假設x和h 都是無(wú)符號整型二進(jìn)制數，寬度兩位，取值兩位如下： h（1）= 01，h（2）= 11 ，h (3）= 10， h（4）= 11 x（1）= 11，x（2）= 00， x (3）= 10， x（4）= 01 從圖2可以看到式（1）運算的實(shí)現。中間數據p1(n)中的4個(gè)數據實(shí)際上是乘數x(n)的最低位比特與h(n)相乘的結果，并且該值不是0就是h(n)。進(jìn)一步考慮，中間數據p1和p2的值，既“100”t3.gif (8144 字節)和“011” 是由不同的h(n)之和構成，而對h(n)的選擇是由乘數x(n)的相同位的比特決定的。例如上圖x(n)的最低位為1001，則p1的值為h(1) + h(4)；其高位為1010，則p1的值為 h (1) + h(3)。因此利用Altera公司FLEX器件中的查找表（LUT）結構，預先將h(n)的各種組合存入查找表，則上例中的原需4次乘法和3次加法的卷積運算轉化為1次加法。圖3顯示了用查找表實(shí)現該例的結構。 用查表法實(shí)現卷積運算時(shí)，有并行和串行兩種結構。圖3中為并行結構，其中兩個(gè)LUT是完全相同的。在并行結構中，LUT的數量根據x(n)的數據寬度決定。一位對應一個(gè)LUT，這樣速度達到最大，在FLEX10K的結構中提供了兩條專(zhuān)用數據通道，即進(jìn)位鏈和級聯(lián)鏈，通過(guò)級聯(lián)鏈相鄰的LUT可以用來(lái)并行計算函數的各個(gè)部分。 利用FLEX10K芯片實(shí)現FIR數字濾波器 FELEX10K系列芯片具有查找表結構，利用其實(shí)現采用全局并行的FIR數字濾波器，也即將輸入x(n) 經(jīng)過(guò)不同的延遲后同時(shí)進(jìn)行處理。 FIR數字濾波器的層次結構圖如圖4所示： 控制器模塊（contr）的作用是產(chǎn)生控制信號對延遲、并串轉換、抽頭系數、移位相加模塊進(jìn)行控制，以使它們按一定的形式組合在一起實(shí)現濾波器功能�？刂破髂K在接收到A/D轉換結束信號后，依次產(chǎn)生移位寄存器使能信號、并行到串行轉換的裝入信號、移位相加的裝入信號、加減控制信號和濾波結果輸出信號等各種控制信號，使上述各個(gè)模塊按照一定的時(shí)序進(jìn)行操作，從而完成濾波功能。時(shí)延環(huán)節模塊（shift-reg）的作用為使A/D轉換后的數據通過(guò)不同的觸發(fā)器，進(jìn)而產(chǎn)生不同的延遲。并/串轉換模塊（p-s-ff）的作用是將通過(guò)時(shí)延模塊產(chǎn)生的不同延遲分別同時(shí)轉換為查找表的串行地址，提供給抽頭系數模塊。抽頭系數模塊（sub-rom）將抽頭系數的各種組合固化在ROM中。它的地址輸入端接收并/串轉換模塊的串行輸出，然后查表得到卷積的中間數據。移位相加模塊通過(guò)將中間數據移位相加而實(shí)現兩個(gè)數相乘的功能。 |
