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基于FPGA的嵌入式程控数字滤波器实现研究 第32卷第6期 2009年12月 电子器件 Chirles~JournalOfElectronDevices Vo1.32No.6 Dec.2009 ResearchontheImplementationofEmbeddedControlled DigitalFilterBasedonFPGA H【,Wenjing,CHENSong,L儿Xiang (SchoolofInformationamp;CommunicationEngineering,H加以InstituteofScienceamp;Technology,_vgH洲amp;414006,ChiⅡ) Abstract:ThispaperproposesamethodforControllableDigitalFilterdesign.TakingtheFIRaSanexam pie,.weimplementadigitalfilterwithvariablespectralcharacteristicsbycustomizingembeddedMPU.con— structingFIRwithconfirmable-coeffsandothermodules.Thedesignexamples.basedonModelsimpost— routedsimulationandonboardrunningonXUPV5一LX110T.areprovidedtodemonstratetheeffectiveness oftheproposedmethodandtheonline-adapabilityofdigitalfilters. Keywords:controllabledigitalfilter,fieldprogrammablegatearray,embeddedMU,ConfigurableFIRFilter EEACC:1270F 基于FPGA的嵌入式程控数字滤波器实现研究* 胡文静,陈松,刘翔 (湖南理工学院信息与通信工程学院,湖南岳阳414006) 摘要:提出了一种程控数字滤波器的FPGA实现方法.以FIR数字滤波器为例,通过在单片FPGA芯片中构建嵌入式微 处理器,加入系数可配置FIR滤波器等功能模块实现了频谱可控的程控数字滤波器.通过Modelsim后仿真和在Xilinx公司 XUPV5一LX110T开发板上进行的实际测试,结果表明本文提出的方法是可行的. 关键词:程控数字滤波器;现场可编程门阵列;嵌入式微处理器;可配置FIR 中图分类号:TN957文献标识码:A文章编号:1O05-9490(2OO9)06—1040—03 数字滤波器(DigitalFilter)广泛应用于通信, 雷达,图形处理,语音信号处理和生物医学等领域. 传统的数字滤波器大都设置固定的滤波特性,如截 止频率,通带和阻带幅频(相频)特性等都由设置好 的滤波器系数得以确定.但在实际工程应用中,输 入信号频率动态范围往往较宽,甚至跨越几个不同 的频带,因此单一频率响应的传统定系数数字滤波 器将很难胜任.而具有可变幅频特性(或相频特性) 的程控数字滤波器(ControllableDigitalFilters, CDFs)由于具有频谱特性可控(如截止频率和带宽 等)的特点,在诸多领域具有广泛的应用.因此,对 于程控数字滤波器的研究,设计与实现成为信号处 理领域的研究热点之一_1]. 嵌入式微处理器是一种可嵌入FPGA芯片或 SOPC器件并可进行用户定制和裁剪的可配置微处 理器,已经在嵌入式控制,数字信号处理和数字通信 等领域得到广泛应用.本文以FIR数字滤波器为 例,通过在单片FPGA芯片上构建嵌入式微处理 器,系数可配置FIR滤波器以及系数装载等模块实 现了频谱特性可控,截止频率,通带和阻带特性在线 可调的FIR数字滤波器. l程控数字滤波器结构 程控FIR滤波器要解决的关键问题是如何得 到指定阶数N的情况下满足某种频谱响应的滤波 器抽头系数h().为此,我们设计出如图1所示的 收稿日期:2009—08—09修改日期:2009—08—17 项目来源:湖南省教育厅科学研究项目资助(08C392) 作者简介:胡文静(1971一),男,博士,副教授,研究方向通信与信息处理,FPGA与嵌入式系统应用,avonhu@126.corn 第6期胡文静陈松等:基于FPGA的嵌入式程控数字滤波器实现研究1041 CDF系统框图,由定制嵌入式微处理器,系数可配 置FIR滤波器,有限长度抽头系数存储与装载控制 逻辑等模块组成. 2系统工作原理 2.1嵌入式微处理器 研究中我们采用Xilinx公司针对其Virtex4 以上FPGA芯片而优化的32bit软核微处理器Mi