基于FPGA的高速自適應(yīng)格型濾波器的實(shí)現(xiàn)
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2 改進(jìn)型RD-GALJP算法
由于GALJP的算法相對(duì)復(fù)雜，正常情況下的硬件實(shí)現(xiàn)不能達(dá)到高速信號(hào)處理的要求。在此，結(jié)合馳豫超前流水線技術(shù)和時(shí)序重構(gòu)技術(shù)對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以便在對(duì)濾波性能沒(méi)有很大影響的情況下能有效地切割關(guān)鍵路徑，提高系統(tǒng)運(yùn)行頻率。
2．1 馳豫超前流水線優(yōu)化
流水線技術(shù)是構(gòu)造高速運(yùn)行系統(tǒng)的一種實(shí)用技術(shù)。在硬件實(shí)現(xiàn)中，通過(guò)插入流水寄存器，可以斬?cái)嘞到y(tǒng)關(guān)鍵路徑的長(zhǎng)度，提高系統(tǒng)的運(yùn)行頻率。單向前饋割集表示能夠斬?cái)嗤蛐盘?hào)流，使系統(tǒng)成為完全不相連兩個(gè)部分的分割形式。本文對(duì)于單向前饋割集路徑插入一級(jí)流水寄存器，這里會(huì)使輸出增加一個(gè)時(shí)鐘滯后，但可以在不影響系統(tǒng)算法性能的情況下切割路徑，提高系統(tǒng)頻率。
馳豫技術(shù)也是一種可以構(gòu)造實(shí)現(xiàn)流水線的方式，它通過(guò)近似的方式改變算法，在系統(tǒng)可以良好穩(wěn)定運(yùn)行的情況下得到適合流水實(shí)現(xiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。對(duì)于GALJP算法，考慮到其中有多個(gè)環(huán)路迭代計(jì)算，無(wú)法使用前饋割集插入流水線的方式改進(jìn)。對(duì)此，通過(guò)馳豫超前技術(shù)，提出的改進(jìn)部分如下，對(duì)于格型預(yù)測(cè)器有：
式中：m=2，3，…，M+1，對(duì)于格型預(yù)測(cè)器，由于反射系數(shù)Km收斂迅速，所以在收斂后由于Km基本不變，故等式(8)，式(9)是合理的。穩(wěn)態(tài)性能則基本不變。
考慮收斂時(shí)段的式(10)，令：
當(dāng)系統(tǒng)處于收斂時(shí)段，恰當(dāng)選取較小的β值時(shí)，式(15)的遞推也是合理的，對(duì)比改變前的式(14)，只是更新部分?jǐn)?shù)值變大。這里可以看到，對(duì)于反射系數(shù)的馳豫，其算法收斂步長(zhǎng)的區(qū)間將變得相對(duì)嚴(yán)格。類似的，對(duì)于期望響應(yīng)估計(jì)器，對(duì)bm和Wm的馳豫變換在恰當(dāng)選取稍小的μ的情況下也是合理的，同樣的，會(huì)造成步長(zhǎng)收斂區(qū)間變得相對(duì)狹窄。觀察改進(jìn)后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)于期望響應(yīng)估計(jì)器，改進(jìn)后的誤差更新和權(quán)系數(shù)更新可以同時(shí)流水進(jìn)行，提高了模塊速度，對(duì)于格型預(yù)測(cè)器，雖然改進(jìn)方案沒(méi)有使其能夠流水線化，不能實(shí)質(zhì)地提高系統(tǒng)頻率，但是提供了馳豫寄存器，為后續(xù)優(yōu)化做了準(zhǔn)備。在這里，馳豫寄存器m1，m2的個(gè)數(shù)需要根據(jù)要求仔細(xì)選取。
2．2 時(shí)序重構(gòu)優(yōu)化
時(shí)序重構(gòu)又稱重定時(shí)，是一種在保持系統(tǒng)功能不變的前提下，改變系統(tǒng)的延遲數(shù)目和分布的方法。它在同步電路中有許多應(yīng)用，如縮短系統(tǒng)時(shí)鐘周期，減少系統(tǒng)寄存器數(shù)目，降低系統(tǒng)的功耗和邏輯綜合的規(guī)模。對(duì)于時(shí)序不變系統(tǒng)，通過(guò)時(shí)序重構(gòu)技術(shù)，可以在不改變算法功能的情況下，有效地切割關(guān)鍵路徑，從而提高系統(tǒng)工作頻率。時(shí)序重構(gòu)的映射等式定義為：
式中：Wr(e)表示重構(gòu)映射后的路徑e的延時(shí)；W(e)表示重構(gòu)映射前的路徑e的延時(shí)；r(V)表示路徑e的前端處理單元V的重構(gòu)參數(shù)；r(U)代表路徑e的后端處理單元U的重構(gòu)參數(shù)。通過(guò)合理地選取重構(gòu)映射參數(shù)，可以得到合法的重構(gòu)映射結(jié)構(gòu)。
環(huán)路邊界的定義為t1／wl，其中tl是環(huán)路l的運(yùn)算時(shí)間；wl是環(huán)路l的延遲數(shù)目；迭代邊界是環(huán)路結(jié)構(gòu)的環(huán)路邊界的最大值，定義為
，迭代邊界反映了一個(gè)反饋算法環(huán)路部分通過(guò)時(shí)序重構(gòu)技術(shù)能達(dá)到的極限關(guān)鍵路徑的大小。在此認(rèn)為加法器和乘法器都是一個(gè)處理時(shí)間，考慮期望響應(yīng)估計(jì)器模塊的環(huán)路部分，如圖2所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/191001.htm
根據(jù)定義可以知道，迭代邊界為4／(1+m2)，使其迭代邊界最小化，等于1，得到馳豫寄存器的數(shù)目m2=3。采用時(shí)序重構(gòu)映射，根據(jù)式(16)得到重構(gòu)后的算法結(jié)構(gòu)，重構(gòu)參數(shù)及重構(gòu)結(jié)果如圖3所示。
評(píng)論