FIR IP核的基礎(chǔ)功能使用總結(jié)

濾波器是信號(hào)處理技術(shù)繞不過的內(nèi)容，而在BSPK的實(shí)現(xiàn)框圖中，也需要用到濾波器。

m序列的時(shí)域波形是一個(gè)矩形，矩形在頻譜上是所有奇次諧波之和，為了節(jié)省帶寬資源，這里需要使用FIR濾去諧波，留下基波。

本文會(huì)講到Vivado 中FIR IP核的使用方法，會(huì)涉及到MATLAB的部分內(nèi)容。

因?yàn)槲覀儾皇褂锰呒?jí)的功能，只使用最基礎(chǔ)的功能，濾波。所以，最關(guān)鍵的內(nèi)容就是coe參數(shù)文件的生成，可以使用MATLAB幫助我們生成這個(gè)文件。

在MATLAB的命令窗口，輸入fdatool(新版MATLAB為filterDesigner)回車，

濾波器設(shè)置界面

這里選擇低通FIR，窗函數(shù)選常用的幾個(gè)，這里選擇了漢明窗；濾波器階數(shù)選擇72，階數(shù)越高濾波效果越好，但資源占用越多；FS/FC(采樣率/截止頻率)為50：3，點(diǎn)擊Design Filter會(huì)顯示相應(yīng)的頻率響應(yīng)圖，由于FIR濾波器抽頭的特性，當(dāng)輸入的采樣率為50M時(shí)，濾波器的截止頻率為3M，兩者之間保持比例關(guān)系。

濾波器數(shù)值表示

點(diǎn)擊如上圖紅框內(nèi)的圖標(biāo)，將Filter arithmetic修改為Fixed-point，將濾波器的參數(shù)數(shù)值表示修改為定點(diǎn)數(shù)表示，方便FPGA處理，也只有這樣能生成coe文件。

濾波器生成coe文件

點(diǎn)擊上圖菜單欄的Target，然后生成coe文件。

在Vivado中IP Catalog中找到FIR IP核，

FIR IP核界面

在Filter Coefficient里面選擇使用COE FILE，文件選擇剛才生成的COE文件。

FIR IP核界面

在Channel Specification，設(shè)置輸入的采樣率為50M。

FIR IP核界面

Implementation里面，濾波器系數(shù)類型選擇有符號(hào)型，輸入數(shù)據(jù)也是有符號(hào)型，輸入數(shù)據(jù)位寬選擇2位，小數(shù)部分位數(shù)為0，GUI顯示出輸入數(shù)據(jù)位寬21位，這些數(shù)值后面有用。

一路默認(rèn)，F(xiàn)IR IP核生成后，可以看到相關(guān)的端口定義。

fir_compiler_0 your_instance_name (

.aclk(aclk), // input wire aclk

.s_axis_data_tvalid(s_axis_data_tvalid), // input wire s_axis_data_tvalid

.s_axis_data_tready(s_axis_data_tready), // output wire s_axis_data_tready

.s_axis_data_tdata(s_axis_data_tdata), // input wire [7 : 0] s_axis_data_tdata

.m_axis_data_tvalid(m_axis_data_tvalid), // output wire m_axis_data_tvalid

.m_axis_data_tdata(m_axis_data_tdata) // output wire [23 : 0] m_axis_data_tdata

);

可以看到，輸入數(shù)據(jù)位寬為8位，而我們?cè)贔IR GUI界面設(shè)置的是2位，為了不影響最終的輸入數(shù)據(jù)，需要對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)位擴(kuò)展。

而輸出數(shù)據(jù)位寬有24位，但是FIR GUI界面顯示輸出數(shù)據(jù)位寬為21位，這說明FIR的輸出數(shù)據(jù)也進(jìn)行了符號(hào)位擴(kuò)展，這里可以截取符號(hào)位。

相關(guān)的符號(hào)位擴(kuò)展和截取符號(hào)位可以見下代碼塊。

fir_compiler_0 fir_inst (

.aclk(clk_50m), // input wire aclk

.s_axis_data_tvalid(1'b1), // input wire s_axis_data_tvalid

.s_axis_data_tready(), // output wire s_axis_data_tready

.s_axis_data_tdata({{6{code_c[1]}},code_c}), // input wire [7 : 0] s_axis_data_tdata

.m_axis_data_tvalid(), // output wire m_axis_data_tvalid

.m_axis_data_tdata(fir_out) // output wire [23 : 0] m_axis_data_tdata 19-8

);

xbip_dsp48_macro_0 dsp_product_inst (

.CLK(clk_50m), // input wire CLK

.A(fir_out[19:8]), // input wire [11 : 0] A

.B(cos_o[13:2]), // input wire [11 : 0] B

.P(duc_data) // output wire [23 : 0] P

);

最后的濾波效果如圖：

濾波效果圖

濾波效果可以繼續(xù)調(diào)節(jié)，這里可以看到圖里的濾波效果確實(shí)達(dá)到了，但可能效果不是那么好，實(shí)際的濾波參數(shù)需要仿真后看效果才可以確定。

FIR濾波相對(duì)于IIR濾波而言，沒有極點(diǎn)或者說極點(diǎn)與零點(diǎn)抵消了，更加穩(wěn)定。但如果有時(shí)候我們想用IIR濾波器怎么辦呢，后續(xù)會(huì)談到如何實(shí)現(xiàn)IIR濾波器。