基于FPGA的音頻處理芯片的設(shè)計(jì)

y(n)=2-1(...2-1(2-1(2-1u1+u2)+u3)+...)+u16)

uj=xj(1)+ xj(2)+……+ xj(rj)

其中1≤j≤16, xj(i)∈{x(n-k)}, 1≤i≤rj

由前面的系數(shù)，可以得到：

U1 = x(n-6)-x(n-7); U2 = -x(n)+x(n-5);

U3 = -x(n-3)-x(n-7); U4 = x(n)+x(n-4);

U5 = -x(n-1)-x(n-6); U6 = -x(n-2);

U7 = x(n)+x(n-5); U8 = x(n-3)-x(n-4)+x(n-7);

U5 = -x(n-1)-x(n-6); U10 = 0;

U11 = x(n-5); U12 = x(n-2)-x(n-4);

U13 = x(n-1)+x(n-3); U14 = -x(n)-x(n-2);

U15 = x(n-1); U16 = x(n);

按照這個(gè)算法，先求U1的值，然后將結(jié)果右移一位，再將結(jié)果與U2的值相加，依此類推，即可得到y(tǒng)(n)。我們使用若干次加法和16次移位操作即可完成FIR濾波，算法的復(fù)雜度和功耗都大大地降低。

3 音頻處理芯片的設(shè)計(jì)
3.1 結(jié)構(gòu)概述
在整個(gè)音頻處理芯片的結(jié)構(gòu)中，我們沒(méi)有采用任何乘法器，取而代之的是一個(gè)加法器和移位器。加法器的結(jié)果輸出到移位器，移位器的輸出再反饋到加法器的輸入端，循環(huán)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)濾波器的功能。

考慮7階的FIR濾波器，需要對(duì)x進(jìn)行8次采樣，所以輸入的數(shù)據(jù)都應(yīng)該保存在一個(gè)8*16的DataRAM之中（16bit的采樣精度）。系數(shù)RAM（ProgramRAM）的大小取決于操作的個(gè)數(shù)，在上面提到的算法中，一共有28個(gè)操作，所以ProgramRAM的大小不能小于28，在這里我們使用了一個(gè)32*6的ProgramRAM，以滿足算法需要。

考慮到音頻處理芯片的可擴(kuò)展性，我們?cè)谝纛l處理芯片外設(shè)置一個(gè)EEPROM用來(lái)存放系數(shù)，當(dāng)芯片啟動(dòng)的時(shí)候，從EEPROM中將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到ProgramRAM中，以適應(yīng)不同F(xiàn)IR濾波器的系數(shù)，極大地增強(qiáng)了音頻處理芯片的可編程性。

音頻處理芯片的模塊主要包括EEPROM, ProgramRAM, DataRAM,串并轉(zhuǎn)換模塊，并串轉(zhuǎn)換模塊，地址生成模塊，主控制器模塊。

3.2 尋址方式描述
在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，附加的EEPROM儲(chǔ)存的系統(tǒng)參數(shù)值,包括輸入信號(hào)在DataRAM中的地址值和相應(yīng)的標(biāo)志位(32*6bit) ，依次讀入ProgramRAM中去。