一種用于光盤伺服控制系統(tǒng)的通用濾波器的設(shè)計(jì)

　　需要特別說明的是，在對MEM1和MEM2存放數(shù)據(jù)時，濾波器系數(shù)和X（k）、Y（k）必須是一一對應(yīng)的，從而使每次讀數(shù)據(jù)時的讀地址相同，簡化尋址單元的設(shè)計(jì)。濾波器的運(yùn)作是由狀態(tài)機(jī)（邏輯單元）控制的，流程如下：
　?。?）初始化系數(shù)存儲單元，根據(jù)SP算出X（k）、Y（k）在MEM2中的分界地址SP＋N和SP＋M＋N；
　?。?）從MEM1、MEM2的（SP＋j）單元讀出數(shù)據(jù)送MAC計(jì)算，MEM2讀出的數(shù)據(jù)寫回（SP＋j－1）單元，j為0時的數(shù)據(jù)無效，不寫回；當(dāng)j為M＋N時，轉(zhuǎn)步驟（4）；
（3）j加1，重復(fù)步驟（2）；
　　（4）一次Y（k）計(jì)算完成。將當(dāng)前ADC的輸入寫回到MEM2的（SP＋M＋N）單元；
　?。?）將本次計(jì)算所得的Y（k）送SP＋M，j復(fù)位為0，重復(fù)步驟（2）。
3　實(shí)現(xiàn)與仿真
　　按照上述設(shè)計(jì)思想，用Verilog對系統(tǒng)進(jìn)行RTL描述，代碼層次結(jié)構(gòu)如圖4所示，其中，F(xiàn)―TOP為頂層wrapper模塊，連接MAC、STATEM、SRAM三個子模塊。MAC實(shí)現(xiàn)圖3中虛線所示的Booth乘加器，得到的乘積為32 bits數(shù)，然后經(jīng)過舍入調(diào)整（rounding）將其轉(zhuǎn)化為16 bits數(shù)；STATEM模塊實(shí)現(xiàn)上文提到的控制流程；SRAM模塊由系數(shù)SRAM和數(shù)據(jù)SRAM（存放X（k）、Y（k））組成，分別對應(yīng)圖3的MEM1、MEM2，為了方便后面的驗(yàn)證，直接調(diào)用Xilinx的SRAM單元RAMB4―S8―S8。

　　代碼使用synopsys VCS進(jìn)行仿真，通過debussy的PLI接口生成fsdb波形文件。在debussy中對波形（圖5所示是波形仿真圖）進(jìn)行分析。當(dāng)前的配置寄存器的值為0x0000018f，為三階IIR濾波器。READ―EN為讀使能信號，低電平有效。STATE―WE―LOC為寫使能信號，低電平有效。RADDR―LOC和WADDR―LOC是存儲單元的地址，地址范圍從0到5，與三階IIR濾波器對應(yīng)；當(dāng)WADDR―LOC為5時，寫入的是X（k），下一時鐘周期變?yōu)?，寫入Y（k）（標(biāo)尺線所對的值0x000a，已經(jīng)過rounding處理）。XIN―LOC和YIN―LOC是MAC的輸入數(shù)據(jù)。STATE―LOC和YIN―LOC是MAC的輸入數(shù)據(jù)。CUR―STATE為狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)變化，可以看出，與前面的狀態(tài)含義和狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)策略一致。這里，讀寫地址在整個運(yùn)算過程中都占用兩個時鐘周期是為了保證MAC運(yùn)算的正確完成，當(dāng)X（k）和計(jì)算所得的Y（k）寫回時，不涉及MAC運(yùn)算，因此，只分配一個時鐘周期。

　　為了確保濾波器以及整個控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性，我們選用Xilinx Spartan2的XC2S50系列做FPGA驗(yàn)證。首先，在synplify中生成網(wǎng)表文件（edf），然后，通過Xilinx ISE生成帶延時信息的單元網(wǎng)表文件（v）和線延時文件（sdf），用于在VCS中進(jìn)行后仿真，最后生成FPGA下載文件（bit）。XC2S50硬件占用情況如表2所示。表2所示是FPGA資源分配表。

該濾波器在光盤伺服控制電路中的應(yīng)用表明，激 光頭的恢復(fù)時間、穩(wěn)態(tài)誤差等計(jì)數(shù)參數(shù)均滿足實(shí)際要求。該單元可直接用于伺服芯片的聚焦尋跡模塊。
4　結(jié)束語
　　文中介紹了一種通用可配置濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。通過對該濾波器的配置可實(shí)現(xiàn)不同階數(shù)和類型的濾波器，從而加大以數(shù)字濾波為基礎(chǔ)的伺服控制系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性。