一種用于光盤伺服控制系統(tǒng)的通用濾波器的設計

　　需要特別說明的是，在對MEM1和MEM2存放數據時，濾波器系數和X（k）、Y（k）必須是一一對應的，從而使每次讀數據時的讀地址相同，簡化尋址單元的設計。濾波器的運作是由狀態(tài)機（邏輯單元）控制的，流程如下：
　　（1）初始化系數存儲單元，根據SP算出X（k）、Y（k）在MEM2中的分界地址SP＋N和SP＋M＋N；
　　（2）從MEM1、MEM2的（SP＋j）單元讀出數據送MAC計算，MEM2讀出的數據寫回（SP＋j－1）單元，j為0時的數據無效，不寫回；當j為M＋N時，轉步驟（4）；
（3）j加1，重復步驟（2）；
　　（4）一次Y（k）計算完成。將當前ADC的輸入寫回到MEM2的（SP＋M＋N）單元；
　?。?）將本次計算所得的Y（k）送SP＋M，j復位為0，重復步驟（2）。
3　實現與仿真
　　按照上述設計思想，用Verilog對系統(tǒng)進行RTL描述，代碼層次結構如圖4所示，其中，F―TOP為頂層wrapper模塊，連接MAC、STATEM、SRAM三個子模塊。MAC實現圖3中虛線所示的Booth乘加器，得到的乘積為32 bits數，然后經過舍入調整（rounding）將其轉化為16 bits數；STATEM模塊實現上文提到的控制流程；SRAM模塊由系數SRAM和數據SRAM（存放X（k）、Y（k））組成，分別對應圖3的MEM1、MEM2，為了方便后面的驗證，直接調用Xilinx的SRAM單元RAMB4―S8―S8。

　　代碼使用synopsys VCS進行仿真，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）進行分析。當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；當WADDR―LOC為5時，寫入的是X（k），下一時鐘周期變?yōu)?，寫入Y（k）（標尺線所對的值0x000a，已經過rounding處理）。XIN―LOC和YIN―LOC是MAC的輸入數據。STATE―LOC和YIN―LOC是MAC的輸入數據。CUR―STATE為狀態(tài)機的狀態(tài)變化，可以看出，與前面的狀態(tài)含義和狀態(tài)機實現策略一致。這里，讀寫地址在整個運算過程中都占用兩個時鐘周期是為了保證MAC運算的正確完成，當X（k）和計算所得的Y（k）寫回時，不涉及MAC運算，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)設計的正確性，我們選用Xilinx Spartan2的XC2S50系列做FPGA驗證。首先，在synplify中生成網表文件（edf），然后，通過Xilinx ISE生成帶延時信息的單元網表文件（v）和線延時文件（sdf），用于在VCS中進行后仿真，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用表明，激 光頭的恢復時間、穩(wěn)態(tài)誤差等計數參數均滿足實際要求。該單元可直接用于伺服芯片的聚焦尋跡模塊。
4　結束語
　　文中介紹了一種通用可配置濾波器的設計和實現。通過對該濾波器的配置可實現不同階數和類型的濾波器，從而加大以數字濾波為基礎的伺服控制系統(tǒng)應用的靈活性。