Исследована разработка программного продукта, обес¬печивающего синтез цифровых фильтров без использования аппаратных умножителей. Операции умножения замещаются совокупностью операций сдвига (влево/вправо) и сложения. В программном продукте на основе генетического алгоритма осуществляется оптимизация набора коэффициентов фильтра для минимизации расходуемых аппаратных ресурсов ПЛИС.
ПЛИС, цифровая фильтрация, минимизация аппаратных ресурсов.
УДК 004+519.68
Программное обеспечение для оптимизации цифровых фильтров при их реализации на ПЛИС
THE SOFTWARE FOR OPTIMIZATION OF DIGITAL FILTERS AT THEIR REALIZATION ON PLIS
Спажакин М.И., аспирант
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»
г. Воронеж, Россия
DOI: 10.12737/6161
Аннотация:Исследована разработка программного продукта, обеспечивающего синтез цифровых фильтров без использования аппаратных умножителей. Операции умножения замещаются совокупностью операций сдвига (влево/вправо) и сложения. В программном продукте на основе генетического алгоритма осуществляется оптимизация набора коэффициентов фильтра для минимизации расходуемых аппаратных ресурсов ПЛИС.
Summary: Investigated the development of a software product that provides a synthesis of digital filters without using hardware multipliers. Multiplication operations are replaced by a set of shift (left / right) and addition. In the software product on the genetic algorithm optimizes a set of filter coefficients to minimize consumable hardware resources PLIS.
Ключевые слова: ПЛИС, цифровая фильтрация, минимизация аппаратных ресурсов.
Keywords: PLIS, digital filtration, minimization of hardware resources.
На сегодняшний день при проектировании приемников широкополосных сигналов с большой символьной скоростью, при предварительной фильтрации сигналов с использованием ресэмплеров Фарроу [1], при проектировании фильтров – интерполяторов, а также при решении иных задач возникает потребность в проектировании цифровых блоков, предназначенных для фильтрации сигналов на максимально возможных частотах работы ПЛИС без понижения частоты дискретизации после фильтрации. Классический цифровой фильтр – это устройство, предполагающее реализацию значительного числа операций умножения отсчетов сигнала на коэффициенты фильтра и суммирования подобных слагаемых. Для реализации этих операций можно было бы использовать совокупность аппаратных умножителей, которые, как правило, входят в состав современных ПЛИС, однако по ряду причин такое решение оказывается неоптимальным:
1. Общее количество умножителей в современных ПЛИС может составлять порядка 1000, но при достаточно большой длине фильтра (число отводов более 100), квадратурной обработке и наличии нескольких независимых каналов (задачи радиопеленгации, моноимпульсные пеленгаторы) большая часть умножителей (60-70 %) уйдет на реализацию первых каскадов. При этом на реализацию алгоритмической части (расчет БПФ реального времени с перекрытием, сложные обнаружители, демодуляция, различная коррекция) умножителей может не остаться.
1. Фильтр Фарроу на примере фильтра третьего порядка. Ресэмплинг сигналов [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.dsplib.ru/content/ arrow/arrow.html, свободный (дата обращения: 20.10.2013).
2. Спажакин М.И. Оценка искажений при передискретизации цифрового сигнала с использованием фильтра Фарроу/ М.И. Спажакин, В. Д. Репников, А. Б. Токарев// Вестник Воронежского государственного технического университета, 2013. Т.9. №6.3. С. 26 - 29.
3. Спажакин М.И. Синтез нерекурсивных цифровых фильтров без умножителей/ А.В. Муратов, М.И. Спажакин, А. Б. Токарев// Вестник Воронежского государственного технического университета, 2014. Т.10. №1. С. 88 - 91.
