基于LV FPGA设计滤波器步骤详解

对于NI很多专注于数据采集领域的客户来说，对采集到的信号在前端加入滤波功能是非常常见的需求。但是，可能由于他们对NI产品不够了解，不知道这部分功能完全可以由FPGA来完成，从而让NI错失应有的订单和机会。例如，客户原本的系统构建是在传感器与NI cDAQ之间再外加滤波电路。明了这个需求以后，我们完全可以向客户推荐具有FPGA终端的cRIO，这样的解决方案即简化了客户的系统构建方案，同时帮NI增加了销售额，两全其美！那么问题就来了，我们要如何在LV FPGA中实现一个靠谱的滤波器功能呢？

第一步：创建项目

创建任何一个具有FPGA终端的设备和LV 项目。本文中利用cRIO 9036为例。注：本文中所有内容均可以利用仿真模式实现，包括FPGA中的滤波器算法，读者可以在没有硬件资源的情况下模拟本文中的操作。实际体会IP CORE的使用。

第二步：生成滤波器系数文件“.coe”

在LabVIEW范例查找器中搜索：coe。并将：Export FIR Coefficients to Xilinx COE File.vi添加至项目的“我的电脑”终端下方，以待后续使用。（Coe是指coefficient，也就是系数。在Xilinx FIR滤波器中分为很多阶数，每一阶都对应一个系数。所以这个文件是用来存放滤波器系数的。）

这个vi的作用是用于后续生成Xilinx IP Core的配置过程中所需要用到的一个系数文件，其中的系数定义了滤波器的通带，阻带和采样率等信息。

打开这个vi，可以看到前面板上需要配置相关的使用信息，红圈圈出的两个部分是vi正常运行的必须文件，刚开始使用的时候，读者只需要在操作系统中创建两个空白的文件就可以了。

切换到程序框图，并双击打开红圈处的Express VI，它的作用是帮助用户快速设计滤波器。

Express VI配置界面：

在这个界面里，需要对滤波器的采样率，通带信息，阻带信息等进行配置。本文以一个通带为500kHz~1MHz，阻带为0~250kHz，1.25MHz以上的滤波器为例。红圈中显示配置相关信息，绿圈中为生成滤波器的阶数也是系数个数。右边两幅图是所配置滤波器的频域响应图和零点极点分布图。完成配置后，运行该vi，会生成一个coe文件，可用记事本打开，看到里面有生成的滤波器系数。以待后续使用。

第三步：在LV FPGA中配置及使用Xilinx FIR滤波器IP Core

创建如图所示的两个FIFO，用于将滤波前的数据传给FPGA，将滤波后的数据传回给上位机。

下图中所示为本项目中的FPGA程序，红圈处为本文的主角：Xilinx FIR IP Core。可以看到，图中所示为7.2版本，因为此硬件中使用的是Xilinx K7系列FPGA，若为V5系列FPGA，程序中为5.0版本。配置和使用大同小异，本文不再赘述。绿圈处是SCTL的循环时钟源，推荐配置为与滤波器采样频率一致，简化后续使用。

图中FIFO与IP CORE的数据传输由“四线握手”实现有效数据的顺利传输，可参阅相关文档。

在下图所示位置可以找到Xilinx FIR IP Core

放到程序框图上后，双击对其进行配置。

点击Configure Xilinx IP，会打开Xilinx Vivado Customize IP环境。对滤波器进行配置

1）在Filter Options中，选择在第二步中生成的coe文件，vivado会自动加载文件内部信息。红圈处显示检测到的系数个数，左侧Frequency Response窗口中显示滤波器的频率响应。