众所周知，Matlab 中的 Filter Designer 可以直接生成 FIR 滤波器的 verilog 代码，可以方便地生成指定阶数、指定滤波器参数的高通、低通、带通滤波器，生成的 verilog 代码也可以指定输入输出信号的类型和位宽。然而其生成的代码实在算不上美观，复用性也很差，要实现不同滤波特性的切换就要生成多个滤波器的代码。
出于以上考虑，自己设计实现了 FIR 滤波器的通用 verilog 代码，其滤波器参数通过接口输入，从而可以通过输入不同的参数获得相应的滤波结果。verilog 代码如下：
/*
* file : FIR_filter.v
* author : 今朝无言
* date : 2023-07-03
* version : v1.0
* description : FIR 滤波器
*/
module FIR_filter(
input clk,
input rst_n,
input [16*N-1:0] filter_params,
input signed [15:0] data_in,
output reg signed [15:0] data_out
);
parameter N = 32; //滤波器参数个数
parameter div_N = 16; //sum结果除 2^div_N，作为 filter 的输出
//FIR 滤波器参数
reg signed [15:0] b[0:N-1];
integer m;
always @(*) begin
for(m=0; m b[m] <= filter_params[(m << 4) +: 16]; end end reg signed [15:0] shift_reg[0:N-1]; integer i; always @(posedge clk) begin if(~rst_n) begin for(i=N-1; i>=0; i=i-1) begin shift_reg[i] <= 16'd0; end end else begin for(i=N-1; i>0; i=i-1) begin shift_reg[i] <= shift_reg[i-1]; end shift_reg[0] <= data_in; end end reg signed [31:0] multi[0:N-1]; integer j; always @(*) begin for(j=0; j multi[j] <= shift_reg[j] * b[j]; //这里可以考虑使用multiplier IP核，使用LUT搭建（而这里直接乘使用的是DSP资源，一般的FPGA芯片只有几百个） end end reg signed [47:0] sum; integer k; always @(*) begin sum = 0; for(k=0; k sum = sum + multi[k]; end end always @(posedge clk) begin data_out <= sum[47-div_N : 32-div_N]; end endmodule Lowpass Filter示例 当滤波器阶数较高时，滤波器参数如何给出无疑是个麻烦事，因此又编写了 matlab 代码，可以一键生成所需的 .v 文件以实现参数的配置： %-----------FIR滤波器参数（生成.v）----------------- clc,clear,close all fs=1e6; N=20; Wn=0.1; b = fir1(N, Wn); % 默认Hamming窗 freqz(b,1,512) %% pramas B=floor(b*65536); B=B'; %% test t=0:1/fs:1e-3; s=(mod(t,1e-4)<5e-5)*1.0; %s_filt=filter(B,1,s)/65536; for i=1:size(s,2)-N-1 s_filt(i)=s(i:i+N)*double(B)/65536; end figure subplot(2,1,1) plot(t,s) subplot(2,1,2) plot(t(1:end-N-1),s_filt) %% 生成.v filename='FIR_params'; fid=fopen(['./v/',filename,'.v'],'w'); fprintf(fid,['/* ','\n',... ' * file\t\t\t: ',filename,'.v','\n',... ' * author\t\t: 今朝无言','\n',... ' * date\t\t\t: 2023-07-04','\n',... ' * version\t\t: v1.0','\n',... ' * description\t: FIR 滤波器','\n',... ' */','\n']); fprintf(fid,['module ',filename,'(','\n',... 'output\t[',num2str(size(B,1)*16-1),':0]\tparams\n',... ');\n\n']); for i=1:size(B,1) if(B(i)>=0) hex=dec2hex(B(i),4); else hex=dec2hex(65536+B(i),4); end fprintf(fid,['assign\t','params[',... num2str(i*16-1),':',num2str((i-1)*16),... ']\t= 16','''','h',hex,';\n']); end fprintf(fid,'\nendmodule\n'); fclose(fid); testbench与测试结果如下 `timescale 1ns/100ps module FIR_filter_tb(); reg clk_100M = 1'b1; always #5 begin clk_100M <= ~clk_100M; end localparam N = 20; //FIR滤波器阶数 wire [16*(N+1)-1:0] filter_params; FIR_params_0d1 FIR_params_inst( .params (filter_params) ); reg [15:0] data_in; wire signed [15:0] data_out; FIR_filter #(.N(N+1)) FIR_filter_inst2( .clk (clk_100M), .filter_params (filter_params), //滤波器参数 .data_in (data_in), .data_out (data_out) ); reg [7:0] cnt = 8'd0; always @(posedge clk_100M) begin cnt <= cnt + 1'b1; if(cnt<100) begin data_in <= -10000; end else if(cnt<200) begin data_in <= 10000; end else begin data_in <= 0; end end initial begin #10000; $stop; end endmodule Hilbert 示例 使用以上 FIR 滤波器代码，还可以实现许多其他滤波功能，比如常用的 90 度相移，可以使用 Hilbert 变换实现，Hilbert 滤波器参数的 matlab 生成代码如下 %-----------------Hilbert---------------------- clc,clear,close all %% Hilbert N=200; % method 1 这种直接通过 h(n) 表达式生成的更为精确，推荐 n=(1:floor((N-1)/2)); b1=(1-(-1).^n)./(pi.*n); if mod(N,2)==0 b1=[0,b1,0,-b1(end:-1:1)]'; else b1=[0,b1,-b1(end:-1:1)]'; end % method 2 构造 Hilbert 的频域特性，经 IFFT 获得 H=[-1j*ones(1,floor((N+1)/2)),1j*ones(1,floor(N/2))]; b2=ifft(H); b2=real(b2)'; b=b1; freqz(b,1,100) %% Filter fs=1e3; t=0:1/fs:1; s=5*sin(2*pi*10*t); % f >= fs/N 时，可以由很好的90度移相 s2=filter(b,1,s); figure hold on plot(t,s,'r-') plot(t,s2,'b--') hold off %% 量化 B=floor(b*32768); s3=filter(B,1,s)/32768; figure hold on plot(t,s,'r-') plot(t,s3,'b--') hold off %% 生成params.v filename='Hilbert_params'; fid=fopen(['./v/',filename,'.v'],'w'); fprintf(fid,['/* ','\n',... ' * file\t\t\t: ',filename,'.v','\n',... ' * author\t\t: 今朝无言','\n',... ' * date\t\t\t: 2023-08-04','\n',... ' * version\t\t: v1.0','\n',... ' * description\t: FIR滤波器参数（Hilbert）',... ' N=',num2str(N),'\n',... ' */','\n']); fprintf(fid,['module ',filename,'(','\n',... 'output\t[',num2str(size(B,1)*16-1),':0]\tparams\n',... ');\n\n']); for i=1:size(B,1) if(B(i)>=0) hex=dec2hex(B(i),4); else hex=dec2hex(65536+B(i),4); end fprintf(fid,['assign\t','params[',... num2str(i*16-1),':',num2str((i-1)*16),... ']\t= 16','''','h',hex,';\n']); end fprintf(fid,'\nendmodule\n'); fclose(fid); 仿真结果如下 推荐链接
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