教程——基於HLS實現FIR濾波器
注：本博文所需工程下載連結：http://download.csdn.net/detail/lzy272942518/8863107
1.FIR濾波器簡介
FIR(Finite Impulse Response)濾波器：有限長單位衝激響應濾波器，又稱為非遞迴型濾波器，是數字訊號處理系統中最基本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應是有限長的，因而濾波器是穩定的系統。因此，FIR濾波器在通訊、影象處理、模式識別等領域都有著廣泛的應用。
在進入FIR濾波器前，首先要將訊號通過A/D器件進行模數轉換，把模擬訊號轉化為數字訊號；濾波器輸出的資料是一串序列。FPGA有著規整的內部邏輯陣列和豐富的連線資源，特別適合於數字訊號處理任務，相對於序列運算為主導的通用DSP晶片來說，其
2.基於HLS的FIR濾波器實現流程
1）開啟vivado HLS 2014.4,點選“Create New Project”圖示，如下圖所示：
2）輸入工程名和路徑，點選Next：
3）接下來是指定頂層函式名，以及新增所需原始檔。可以在工程建立後再進行這些操作，所以直接點選Next：
4）然後是指定測試檔案，同樣跳過，點選Next：
5）在接下來的介面中，設定時鐘週期為預設的10（單位：ns），點選Part Selection右側的按鈕：
6）在search欄輸入xc7k160tfbg484-2，然後在Device中選擇xc7k160tfbg484-2器件，點選ok。
7）回到Solution Configuration介面，點選Finish，完成新建工程。
8）右擊工程介面左側Explorer欄的Source，選擇New File，新建兩個檔案：fir.h和fir.c。在fir.h中新增如下程式碼：
#ifndef FIR_H_
#define FIR_H_
#define N 11
typedef int coef_t;
typedef int data_t;
typedef int acc_t;
void
data_t*y,
coef_tc[N+1],
data_tx
);
#endif
儲存檔案，再在fir.c中新增如下程式碼：
#include "fir.h"
void fir (
data_t *y,
coef_t c[N],
data_t x
) {
#pragma HLS INTERFACE ap_vld port=x
#pragma HLS RESOURCE variable=c core=RAM_1P_BRAM
static data_tshift_reg[N];
acc_t acc;
data_t data;
inti;
acc=0;
Shift_Accum_Loop: for (i=N-1;i>=0;i--) {
if (i==0) {
shift_reg[0]=x;
data = x;
} else{
shift_reg[i]=shift_reg[i-1];
data= shift_reg[i];
}
acc+=data*c[i];;
}
*y=acc;
}
注意到，優化指令#pragma HLS RESOURCE variable=c core=RAM_1P_BRAM的功能是將c口設定成與外部ram相連的介面。使得c口可以直接從ram中讀取資料。可以通過綜合完畢後的報告，檢視最終生成的埠型別。
儲存檔案，此時工程介面如下所示：
9）設定頂層函式名。點選project->projectsettings，然後選擇synthesis，在SynthesisSettings介面中設定Top Function為fir，如下圖所示。然後點選ok：
10）綜合工程。點選工程介面上方的綜合按鈕，如下圖紅框內所示：
11）綜合結束，工程介面會出現一個report檔案，可以檢視延時以及等待時間、資源佔用、介面型別等資訊。
12）接下來是測試。右擊Explore欄的Test Bench，新建一個fir_test.c的測試檔案。新增以下程式碼，並儲存：
#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include "fir.h"
int main () {
constint SAMPLES=600;
FILE *fp;
data_tsignal, output;
coef_ttaps[N] ={0,-10,-9,23,56,63,56,23,-9,-10,0,};
inti, ramp_up;
signal = 0;
ramp_up = 1;
fp=fopen("out.dat","w");
for(i=0;i<=SAMPLES;i++) {
if (ramp_up == 1)
signal = signal + 1;
else
signal = signal - 1;
// Execute the function with latest input
fir(&output,taps,signal);
if((ramp_up == 1) && (signal >= 75))
ramp_up = 0;
elseif((ramp_up == 0) && (signal <= -75))
ramp_up = 1;
// Save the results.
fprintf(fp,"%i %d %d\n",i,signal,output);
}
fclose(fp);
printf("Comparing against output data\n");
if(system("diff -w out.datout.gold.dat")) {
fprintf(stdout, "*******************************************\n");
fprintf(stdout, "FAIL: Output DOES NOT match the goldenoutput\n");
fprintf(stdout, "*******************************************\n");
return1;
} else{
fprintf(stdout, "*******************************************\n");
fprintf(stdout, "PASS: The output matches the golden output!\n");
fprintf(stdout, "*******************************************\n");
return0;
}
}
13）新增測試資料檔案。將out.gold.dat檔案複製到工程根資料夾下，然後在Test Bench中新增這個檔案。
14）點選RunC Simulation按鈕，然後在新彈出的C Simulation Dialog視窗中點選OK，進行測試：
15）測試結束後，Console視窗中會打印出下圖紅框內的資訊，證明測試通過：
