FPGA_8_30

FPGA设计与测试:从晶振到嵌入式控制器
本文深入探讨FPGA设计流程,从基础的晶振配置开始,逐步介绍如何构建嵌入式测试控制器。涵盖FPGA硬件实现、I/O接口设计及验证过程。

FPGA test for Viixxxxx

 

FPGA design from scratch ->Part 14

 

ETC->Embedded Test Controller

 

Crystal 8M

 

FPGA

dianzhen

I/O

FPGA上实现有限脉冲响应(FIR)滤波器是数字信号处理中的常见任务,尤其适用于需要高效硬件加速的场景。Quartus II是由Intel(现为Altera)提供的开发环境,广泛用于FPGA设计与综合。 下面是一个使用VHDL语言编写的简单FIR滤波器示例代码,适用于在Quartus II环境中进行仿真和综合: ### VHDL 实现 FIR 滤波器 ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.NUMERIC_STD.ALL; entity fir_filter is generic ( DATA_WIDTH : integer := 8; COEFF_WIDTH: integer := 8; TAPS : integer := 5 ); port ( clk : in std_logic; reset : in std_logic; data_in : in signed(DATA_WIDTH-1 downto 0); data_out : out signed(DATA_WIDTH + COEFF_WIDTH downto 0) ); end entity fir_filter; architecture Behavioral of fir_filter is type coeff_array is array (0 to TAPS-1) of signed(COEFF_WIDTH-1 downto 0); constant coeffs : coeff_array := (to_signed(20, COEFF_WIDTH), to_signed(30, COEFF_WIDTH), to_signed(40, COEFF_WIDTH), to_signed(30, COEFF_WIDTH), to_signed(20, COEFF_WIDTH)); -- 示例系数 type delay_line is array (0 to TAPS-1) of signed(DATA_WIDTH-1 downto 0); signal shift_reg : delay_line := (others => (others => '0')); begin process(clk) variable sum_val : signed(DATA_WIDTH + COEFF_WIDTH downto 0) := (others => '0'); begin if rising_edge(clk) then if reset = '1' then shift_reg <= (others => (others => '0')); data_out <= (others => '0'); else -- 更新移位寄存器 shift_reg(TAPS-1 downto 1) <= shift_reg(TAPS-2 downto 0); shift_reg(0) <= data_in; -- 计算输出 sum_val := (others => '0'); for i in 0 to TAPS-1 loop sum_val := sum_val + resize(shift_reg(i) * coeffs(i), DATA_WIDTH + COEFF_WIDTH + 1); end loop; data_out <= sum_val; end if; end if; end process; end architecture Behavioral; ``` ### 功能说明 - **输入/输出**:`data_in` 是输入数据流,`data_out` 是滤波后的输出。 - **系数配置**:`coeffs` 数组定义了FIR滤波器的系数,可以依据具体应用需求修改。 - **时钟控制**:所有操作基于 `clk` 同步执行,`reset` 用于清零内部状态。 - **乘法优化**:利用 `resize` 确保乘法结果不会溢出,并保持高精度计算。 ### 硬件资源优化 对于对称性FIR滤波器,在实际长度为 $N+1$ 阶的情况下,仅需 $ \frac{N+1}{2} $ 个乘法器即可实现[^2]。上述代码并未直接优化对称性,但可以通过修改系数逻辑来减少乘法器数量,从而节省FPGA上的DSP资源。 ### Quartus II 使用建议 - 在Quartus II中,使用SignalTap Logic Analyzer工具可以实时调试滤波器的输入输出。 - 对于更复杂的FIR滤波器,推荐使用Intel的IP核(如FIR Compiler),它提供图形化界面并自动优化硬件资源。 ---
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