基于DSP开发工具的自适应滤波器Word格式文档下载.docx

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Ｎ０文献标志码：

　文章编号：

０８１９（０００－０９０　Ｔ４２Ａ１０—１４２１）０７—４３Ｔｈ　ｅＡｄａｉｅＦｉｔｒＢａｅ　ｎｔｅＤｅｅｏｍｅ　ｏ　ｆＤＳｐｔｖ　ｌｅ　ｓｄｏ　ｈ　ｖｌｐｅｎｔＴｏｌｏ　Ｐ　ＹＡＮＧ　ｎＷＡＮＧ　ｉｎｅＣＡＩＦｉＤｏｇ，Ｊａｙ，　ｅ　

（ｉｓｌ　ｎｔｔｔ，ｒＦｒｅＥｎｉｅｒｎ　ｉｅｓｔＳｎｕｎ７０３，ｉａ　ＭｓｉｉｓｉｅＡｉｏｃ　ｇｎｅｉｇＵｎｖｒｉｅｕ　ｙ，ａｙａ　１０８Ｃｈｎ）

ＡｂｔａｔＴｒｄｔｏａ　ｙ　ｆｄｖｌｐｎ　ｄｐｉｅＦＲ　ｉｅ　ａｅｔｅｄｓｄａｔｇｓｏ　ｏｅｆｉｎｙａｄｍｕｈｓｒｃ：

ａｉｉｎｌｗａｓｏ　ｅｅｏｉｇａａｔｖ　Ｉｆｔｒｈｖ　ｈ　ｉａｖｎａｅ　ｆｌｗ　ｆｉｅｃ　ｎ　ｃ　ｌｃ

ｄｆｉｕｔ．ｍｏｅｏ　６ｔｐ　ｄｐｉｅＦＩｆｌｒｂｓｄｏ　ｈ　ｉｃｌｙＡ　ｄｌｆ１一ａｓａａｔ　Ｒ　ｉｅ　ａｅ　ｎｔｅＤＬＭＳａｇｒｔｍｓｗａ　ｅｉｎｄｂｓｄｏ　ｈ　Ｐｆ　ｖｔ　ｌｏｉｈ　ｓｄｓｇｅ　ａｅ　ｎｔｅＤＳ　Ｂｕｌｅ．ｅｓｍｕａｉｎａｄｔｓ　ｅｕｔ　ｅｉｉｄｔｅｃｒｅｔｅｓｏ　ｈ　ｅｉｎＴｈ　ＰｉｒＴｈ　ｉｌｔ　ｎ　ｅｔｒｓｌｓｖｒｅ　ｈ　ｏｒｃｎｓ　ｆｔｅｄｓｇ．ｄｏｆｅＦＧＡ　ｐｅｎａｉｎｏ　ｈ　ｉｌｍｅｔｔｏ　ｆｔｅｍ

ｆｌｒｗａ　ａｅ　ｎｔｅＣｙｌｎ　ＩｅｉｓＴｈ　ｏ　ｒｑｅｃ　ｆｔｅｆｌｒａｈｅｅ　２０　ｉｅ　ｓｂｓｄｏ　ｈ　ｃｏｅ１ｔ　ｓｒ．ｅｔｐｆｅｕｎｙｏ　ｈ　ｉｅ　ｃｉｖｄ８．７ＭＨｚｗｈｃ　ｎｉａｅ　ｅｔ，ｉｈｉｄｃｔｄ

ｔａ　ｈ　ｈｏｇｐｔｏ　ｈｔｔｅｔｒｕｈｕ　ｆＤＬＭＳｗａ　ｒ　ｉｈｒｔａ　ｓａ　ｎｓ　ｓｍｏｅｈｇｅ　ｈｎｕｕｌｅ．ｏ　

Ｋｅ　ｙｗｏｒｓａａｔｅｆｌｒＤＳ　ｕｌｅ；

Ｌ；

ＧＡ　ｄ：

ｄｐｉ　ｉｅ；

ＰＢｉｒＨＩＦＰｖｔｄ

０引言　　

随着数字超大规模集成（Ｓ）术的发展，　ＶＬＩ技自

ＤＰＢｉｅ作为Ｍａｌｂ的Ｓｍｕｉｋ工具箱，Ｓ　ｕｌｒｄｔａｉｌｎ　

是基于ＦＧＡ的ＤＰ开发工具，支持系统、法　ＰＳ它算和硬件设计共享一个公共开发平台，算法友好的　在Ｓ　适应信号处理技术在许多领域（如：

字通信、例数雷　开发环境中帮助设计人员生成ＤＰ设计硬件表征，Ｐ达、物医学、震学、航系统等）到了广泛应　从而缩短了ＤＳ设计周期。

设计人员可以使用　生地导得ＤＰＢｉｅ块迅速生成Ｓｍｕｉｋ系统建模硬　Ｓ　ｕｌｒ模ｄｉｌｎ用。

传统上自适应信号处理是基于ＤＰ处理器实　Ｓ现的，其固有的缺点无法满足高速、时系统的要　但实

件。

求，而利用ＦＧＡ实现自适应信号处理能够很好地　Ｐ

Ａｌｒ编程逻辑器件（Ｌ中的ＤＳ系统　ｔａ可ｅＰＤ）Ｐ

ｔａ的　ｅ解决并行性和速度问题以及改善系统的抗干扰能　设计需要高级算法和ＨＤＬ开发工具。

ＡｌｒＤＳ　ｕｌｅ将ＭａｌＰＢｉｒｄｔｂ和Ｓｍｕｉｋ系统级设计工　ａｉｌｎ力。

传统上，自适应滤波器的ＦＧＡ实现主要是采　Ｐ具的算法开发、真和验证功能与Ｑｕｒｕ　Ｉ的综　仿ａｔｓ１用ＶＨＤＬ或者ＶｅｉｇＨＤＬ等硬件描述语言通过　ｒｏ　ｌ合、真以及Ａｌｒ发工具整合在一起，现了　仿ｔａ开ｅ实编写代码来实现的，种方式开发效率低，度比较　这难这些工具的集成。

　大，不便于仿真观察。

而ＤＳ　ｕｌｅ工具则能　也ＰＢｉｒｄ在ＤＳ　ｕｌｅＰＢｉｒ的开发过程中，以运用硬件　ｄ可更好地满足开发要求。

　回环（ｒｗｒ　　ｈ　ｏｐＨＩ）真，是将软　ＨａｄａｅｉｔｅＬｏ，Ｌ仿ｎ它

１主要技术与工具　

＊收稿日期：

０９１—２２０—００　修回日期：

０００—３２１—２２　

硬件技术结合在一起的综合仿真系统。

ＨＩ真被　Ｌ仿证明是一种有效的仿真验证解决方法，技术能确　该

作者简介：

东（９６，，杨１８一）男四川彭山人，硕士研究生，究方向：

研专用数字集成电路设计。

Ｅｍａｌｙｎｄ２６＠ｑ．－ｉａｇ一６３ｑ：

８　Ｏ

权　（）的计算）能同步进　不保在开发周期早期就完成嵌入式软件的测试，系　系，系数的更新与滤波（是到这统整合阶段开始时，嵌人式软件测试就要比传统方　行。

对于高速信号处理，种串行的算法不能满足　

法做得更彻底更全面，这样可以及早地发现问题，因　

此降低了解决问题的成本。

要求。

并行的流水线结构是高速设计中的一种常用　手段，这种方法是在时序电路中通过插入寄存器将　较长的更新过程划分成较小模块，而实现提高系　从

统工作频率的目的［　　。

２ＤＭＳ自适应滤波器的算法概述　　Ｌ

相对于ＬＭＳ算法，ＭＳ算法的权系数更新模　ＤＬ块采用延迟了Ｄ个节拍的数据来产生下一时钟周　

期的权系数，本设计中权系数更新延迟了６个周期。

　引入延迟的好处在于可以用前一时间的误差值来实　

现更新，在时钟的驱动下，系数更新和误差计算可以　

同时进行。

ＤＬＭＳ算法权系数更新方程可以用下式　

表示：

ｗ（ｋ＋１＝（）２ｅ志一Ｄ）（）＝　志＋ｐ（＝ｘｋ—Ｄ）（）２　

ＤＭＳ算法权系数更新中延时Ｄ的引入对算法的稳　Ｌ态行为影响不大，键问题是步长因子　的选取。

关　

ｆ忌一Ｉ（ｗ志＝∑Ｗ（ｚ是　　）Ｔ）（（志）　）

（一）志　

｛志一（一（　Ｉ）　志　志一　Ｐ（））ｉ　０　

【ｋ＋１ｗ（）一ｗ（）＋２ｅ（）走　忌ｐ是　（）

（　　）

Ｄ算的敛件：

　忐ｓ２Ｄ１Ｉ法收条为ｏ＜ｉ（＋）　＜ｎ２，　　

相对于ＬＭＳ算法的收敛条件０＜　＜　

Ａｍａｘ　

来说，　

ＤＬＭＳ算法收敛条件更为苛刻『。

＿　３］

３基于ＤＳ　ｕｌｅ具的延时最小　ＰＢｉｒ工ｄ

均方自适应滤波器　

ＤＳ　ｕｌｅＰＢｉｒ是Ａｌｒ司推出的一个面向　ｄｔａ公ｅ

ＤＳＰ开发的系统级（或算法级）计工具，设它架构在　

多个软件工具之上，并把系统级（算法仿真建模）和　

Ｒ（ＴＬ硬件实现）个涉及领域的设计工具连接起　两来，为Ｍａｌ作ｔｂ的一个Ｓｍｕｉｋ工具箱出现，以　ａｉｌｎ可在Ｓｍｕｉｋ中进行图形化设计和仿真，ｉｌｎ同时又通过　

ＳｇａＣｍｐｌ可以把Ｓｍｕｉｋ设计文件（ｍｄ）ｉｎｌｏｉｒ—ｅｉｌｎ．１　

转成相应的硬件描述语言ＶＨＤ．ｖｄ，ＰＬ（ｈ）ＤＳ　

Ｂｉｅ可以很方便地帮助设计者完成基于ＦＧＡｕｌｒｄＰ　的ＤＰ系统设计的整个流程　。

Ｓ］　

图１Ｌ　ＭＳ自适应ＦＲ滤波器结构　Ｉ

Ｆｉ．　Ｔｈ　ｔｕｔｒ　ｆＬＳａａｔｅＦＲ　ｌｅ　ｇ１ｅｓｒｃｕｅｏ　Ｍ　ｄｐｉ　Ｉｆｔｒｖｉ

本文设计了一个１６阶系统辨识自适应滤波器，　

输入信号ｚ志、出信号　（）（）输志与误差信号Ｐ志均用　（）

然而，ＭＳ自适应滤波器的系数更新路径比较　Ｌ

１位二进制符号数表示。

图２６给出了１阶ＤＭＳ自６Ｌ　

适应ＦＲ系统辨识顶层设计构造图。

Ｉ　

长，迭代公式和滤波器结构中可以看出权系数更　从新必须在输出信号Ｙ（）是与误差信号　是算完毕　（）计

以后才能进行。

换言之，以上步骤含有一种顺序关　

为了构造完整系统，观察设计效果，此处设计了　

一

个１阶直接型ＦＲ低通滤波器作为未知系统（６Ｉ辨　

识对象）。

根据文献［３提出的定点数Ｌ阶ＦＲ滤　５所Ｉ

杨　东等：

于ＤＳ基Ｐ开发工具的自适应滤波器　

８　１

波器的动态范围级数Ｇ的最坏情况计算公式：

Ｌ

．

－

硬件回环（Ｌ仿真是将软硬件技术结合在一　ＨＩ）起的综合仿真系统，最大优点在于利用硬件系统　其

１　

—

，．—

Ｇ≤ｌ∑Ｊ］）总位宽应是输入位宽和级数　能够提高仿真速度，接检测硬件运行效果，且可　ｂ（尢志Ｊ，直并

ｋ０＝　

Ｇ之和，由此可确定滤波器内部运算位数最少应为　以充分利用软件提供的各种仿真源作为信号源。

硬　１＋３共１位。

６９本设计对滤波器输出信号采用了缩　件平台选择了Ａｌｒ司出品的ＤＥｔａ公ｅ２开发板（ｙ　Ｃ－放，用１采６位输出。

同时为了减少资源的消耗并提　ｃｎ　ｌｅＩ列Ｅ２３Ｆ７ＣｏＩ系ＰＣ５６２６芯片）通过ＵＳ－，Ｂ　高速度，长的选择放弃了乘法器，步而是采用移位的　Ｂａｔｒｌｓｅ下载电缆，ＪＧ模式的方式直接下载到　以ＴＡ方法实现，将误差信号向右移一位，结合输出信号的　

开发板中，行数据又通过ＪＡＧ接口返回到计算　运Ｔ

机显示，Ｌ系统结构如图４示，ＨＩ所信号源选择了线　

缩放，当于２相／１一　

一００２５。

系统采用　．６　

性调频信号，这样低通滤波的效果可以很容易地观　模块化设计，权系数更新模块封装成一个子系统　将ｃｆ（图３，于调用，ｏｅ见）便结构清晰。

Ｄ】《面　　—＋

ｙｏｌ＿ｔ　

ｅ

＿

察出来。

－－＿　—

１　．．．一

ｘ＿

ｎ：

ｎｃｓ　（０ｙｌ３１ｌ￣　５　ｔｒｍ

ｘ

ｏ（０’ｌ５）＿Ｊ：

—＿《面　１　

ｏｔｌ＋《区　￣５　：

—０

Ｘ

州　

ｏｕ　ｔ

ｍ＋《匠　　—

图４ＤＬＳ自适应滤波器ＨＩ构图　　ＭＬ结

Ｆｉ．　Ｔｈ　Ｌｆｕｅｏ　　Ｓａａｔｅｆｌｒｇ４ｅＨＩ　ｉｒ　ｆｇＤＩＭ　ｄｐｉ　ｉｅ　ｖｔ

图５经过ＨＩ是Ｌ回环系统的仿真波形图，中　图

图２１　６阶ＤＭＳ自适应ＦＲ系统辨识顶层设计　ＬＩ

Ｆｉ．　Ｔｏ　ｅｅ　ｅｉｎｏ　６ｔｐ　ｄｐｉｅＦＩｆｌｒｇ２ｐｌｖｌｓｇ　ｆ１一ａｓａａｔ　Ｒ　ｉｅ　ｄｖｔ

第１为ＤＬ行ＭＳ滤波器输出，２行为误差信号，第　

第３行为输入线性调频脉冲压缩信号，４行为　第

ＦＲ低通滤波器输出。

可以清楚看出，过大概１０Ｉ经５　

步（５ｓ以后，差信号基本上收敛，ＤＬ　约　）误而ＭＳ

自适应滤波器也成功学习ＦＲ低通滤波器，Ｉ两者输　

出基本一致。

ｎ＾ｄ　。

ｌ１

图３子系统　

Ｆｇ３Ｓｂｙｔｍ　ｉ．　ｕｓｓｅ

此处，在权系数更新时对输入信号额外延迟了　６周期，ＤＬ个即ＭＳ权系数更新方程的具体实现。

　特别要提出的是权系数更新延迟时间的确定是不断　经过试验得出的，于滤波器阶数不同延迟时间也　对

不同　。

图５ＨＩ真波形图　　Ｌ仿

Ｆｉ．　Ｔｈ　Ｉ　ｉｕａｉｎｗａｅｆｕｅｇ５ｅＨＬｓｍｌｔ　ｖ　ｉｒ　ｏｇ

４ＤＭＳ自适应滤波器的硬件回环　　Ｌ（Ｌ）ＱｕｒｕＨＩ及ａｔｓⅡ仿真测试　

系统成功进行仿真以后，行ＳｎａＣｍｐｌｒ运ｉｇｌｏｉ　　ｅ

创建ＱｕｒｕａｔｓⅡ工程，进行综合、译和适配，终　编最

８　２

生成编程文件（ｐｆ件和．ｏ即．ｏ文ｓｆ文件）载到　下

的自适应滤波器，真与测试结果表明设计的正确　仿

ＦＧ芯片中去。

本文为了观察资源消耗情况，ＰＡ最　性，在ＣｃｏｅＩ系列ＦＧＡ芯片上完成了硬件　并ｙｌｎ　ＩＰ终在Ｑｕｒｕ　ａｔｓＵ中完成综合、编译、配和下载（适在　验证，滤波器最高频率达到８．７ＭＨｚ数据吞吐　２０　，量显著提高。

事实证明，ＰＢｉｅ工具箱可以很　ＤＳ　ｕｌｒｄＱｕｒｕ　中仿真结果如图６所示）ａｔｓ１Ｉ。

在程序成功　明显地提高数字信号处理系统的开发效率，具有较　耗费资源为６３１个ｌｇｃｅｍｅｔ，　７　０ｏｉｌｎｓｌ５６个ｌｇｃ高的应用价值。

　ｅｏｉ　　ｒｇｓｅｓ系统最高工作频率达到８．７ＭＨｚ由　ｅｉｒ，ｔ２Ｏ　。

仿真以后，ＱｕｒｓＩ仿真资源列表中可以看到：

在ａｔ　Ｉｕ　

此可以看出ＤＬＭＳ自适应滤波器数据吞吐量已经　参考文献：

达到较高水平。

［］ａｌＳＲｄｉ自适应滤波算法与实现（１Ｐｕｏ　　ｉｚ　ｎ．第二版）Ｍ］刘　［．郁林，晓兵，刚兵，，北京：

子工业出版社，景谭等译．电　

２０４　０．

［］ｊｚｈｕ，ｎ　ｈｎａ，ｍａｒＭ．　ｉ－ｈｏｇ—２Ｅａ　ｆｚＷａｇＣｕｙｎＯｉＭａ　Ａｈｇｔｒｕｈ　ｈ

ｐｔＬ　ａｔｅｌｏｉｍ［］ＩＥ　ｒｎ　　ｉｕｔｕ　ＭＳａｐｉ　ｇｒｈＪ．ＥＥＴａｓｎＣｒｉ　Ｄｄｖａｔｏｃｓ

ａｄＳｓｅ，０５２：

７～７．ｎ　ｙｔｍｓ２０，３８１８５　

Ｅ３ｏｇＧｏｈ，ｉ　ｕｎＴｅＬ　ｇｏｉｍ　ｉ　３　ｎ　ｕＺｅＬｎＦＹｕ．ｈ　ＭＳＡｌｒｈｗｔＬｇｔｈＤｌｅ　ｏｆｃｎ　ｄｐａｉｎＪ．ＩＥ　ａｓｏ　　ｅｙｄＣｅｆｉｔＡａｔｔ　］ＥＥＴｒｎ　ｎＡ－ａｉｅｏｆ

ｃｕｔｓＳｅｃ，ｎ　ｉｎｌｐｏｅｓｎ，９９３：

　９－　ｏｓｉ，ｐｅｈａｄＳｇａ　ｒｃｓｉｃｇ１８，７１３７１

４．０５　

［］４潘松，黄继业，国栋．王现代ＤＰ技术Ｉ．Ｓ－Ｍ］西安：

西安电　

图６Ｑｕｒｓ１仿真结果　　ａｔ　ｕＩ

Ｆｉ．　Ｔｈ　ｉｌｔｎｒｓｌｓＩ　ｕｒｕ　Ｉｇ６ｅｓｍｕａｉ　ｅｕｔ　ｎｑａｔｓｌｏ　

子科技大学出版社，０３２０．　

Ｅ］５ＵｗｅＭｅｅ－ａｓ．　ｙｒｅｅ数字信号处理的ＦＯ实现［．ＢＰＡＭ］刘　

凌，．京：

华大学出版社，０３译北清２０．　

［］６刘雄飞，高金定，齐海兵．ＭＳ自适应滤波器ＦＧＡ实现　ＬＰ

５结论　　

最大限度地提高开发效率和节约成本是开发者　

不懈追求的事情。

本文利用Ｍａｌｂ的Ｓｍｕｉｋ工　ｔａｉｌｎ

的新方法［压电与声光，０７１：

３２．刀．２０（）２—６　

ＬＵ　ｏｇｅ，ＩＸｉｎｆｉＧＡＯ　ｉｄｎ，　ｉｉｇＪｎｉｇＱＩＨａｂｎ．Ａ　ｅｗａ　ｆｎｗ　ｙｏ　

ｔｅｉｌｍｅｔｔｎｏ　Ｓａａｔｖ　ｉｅ　ａｅ　ｎＰｈ　ｍｐｅｎａｉ　ｆｏＬＭ　ｄｐｉｅｆｔｒｂｓ０　ＧＡ　ｌｄ

ｒ］ＰｅｏｌｔｃＪ．ｉｅｃｒｓ＆Ａｃｕｔｏｔｓ２０（）２—６ｚｅｉｏｓｐｉ，０７１：

３２．ｏｃ　

具箱ＤＳ　ｕｌｅ设计出了基于延时最小均方算法　ＰＢｉｒｄ

（上接第７８页）　

Ｅ］３王玲，魏星，建伟，基于ＴＯＡ定位算法的模糊解　万等．Ｄ

（）７—５１５３：

４７，０．　

［］４毛永毅，白菊蓉．间四站时差定位中的模糊及无解研究　空ｆ］电讯技术，０６（）５—７Ｊ．２０，６：

３５．　

ＭＡＯ　ｎｙ，ＹｏｇｉＢＡＩＪｒｎ．ｔｄ　ｎｔｅａｉｕｔ　ｎ　　ｕｏｇＳｕｙｏ　ｈ　ｍｂｇｉａｙｄ

ｎｎｓｌｔｏ　ｆ４ｓａｉｎＴＤＡ　ｐｃ　ｏａｉｎｓｓｅｓｏ－ｏｕｉｎｏ　－ｔｔ　Ｏｏｓａｅｌｃｔｏ　ｙｔｍ　

消除方法口］计算机工程与科学，０６２（）７—５　＿２０，８３：

４７，

１５　０．

ＷＡＮＧ　ｎＷＥＩＸｉｇＷＡＮ　ｉｎｉｅ　１Ｌｉｇ，　ｎ，Ｊａｗｅ，ｔａ