一、首先是設計指標：
採用最優化設計方法（firpm），設計一個階數爲16階（長度爲17）的線性相位低通FIR濾波器，截止頻率爲500hz，fs=2000hz。，係數量化位數爲12bit，輸入數據位寬爲12bit，輸出數據位寬爲25Bit，系統時鐘爲2khz。
二、設計流程：
（1）利用MATLAB設計濾波器係數，浮點數類型。
（2）Matlab測試濾波器性能，輸入觀察輸出。
（3）利用FPGA的FIR濾波器IP核設計濾波器。
（4）編寫testbench，測試濾波器性能。輸入Matlab產生的激勵文本文件，
輸出硬件處理後的信號，寫入文本文件中。
（5）Matlab分析硬件處理後保存在文本文件中的信號。
三、設計步驟：
1，利用MATLAB設計濾波器係數。代碼如下：
function hn=Fir_Coefficient_Design
N=17; %濾波器長度
Sample_Freq=2000; %採樣頻率
fc=500; %低通濾波器的通帶截止頻率
B=12; %量化位數
Cut_Off_Freq=[0 500 700 Sample_Freq/2];
Cut_Off_Freq=Cut_Off_Freq./(Sample_Freq/2); %歸一化
Fir_Amplitude=[1 1 0 0];
Fir_Coefficient=firpm(N-1,Cut_Off_Freq,Fir_Amplitude);
hn=Fir_Coefficient;
freqz(Fir_Coefficient,1,1024,Sample_Freq);
注意MATLAB中頻率歸一化是針對fs/2，即採樣率的一半。
接下來將濾波器係數寫入文本文件中，
fid=fopen('Fir_Coefficient.txt','w');
for k=1:length(Fir_Coefficient)
fprintf(fid,'%.14f',Fir_Coefficient(k));
if(k~=length(Fir_Coefficient) )
fprintf(fid,'\r\n');
end
end
fclose(fid);
由於採用FIR Complier13.0，其中的用戶手冊有這麼一句：
需要注意的就是最後一個係數後面不能有回車，否則導入係數文件的時候又會被FIR Complier識別爲一個新的係數。這樣，係數就被寫進了文本文件Fir_Coefficient.txt
（2）Matlab測試濾波器性能，輸入觀察輸出。
思路就是生成兩個信號，一個在通帶內，一個在阻帶內，然後調用filter函數進行濾波處理，觀察輸出信號的頻譜。代碼如下：
f1=200; %信號1頻率爲200Hz
f2=800; %信號2頻率爲800Hz
Fs=2000; %採樣頻率爲2KHz
N=12; %量化位數
t=0:1/Fs:1;
c1=2*pi*f1*t;
c2=2*pi*f2*t;
s1=sin(c1);%產生正弦波
s2=sin(c2);%產生正弦波
s=s1+s2; %產生兩個單載波合成後的信號
s=s/max(abs(s));%歸一化處理
Q_s=round(s*(2^(N-1)-1));%12比特量化
%調用自已設計的濾波器函數對信號進行濾波
hn=Fir_Coefficient_Design;
Filter_s=filter(hn,1,Q_s);
然後觀察輸入輸出頻譜：可以看到800hz處的信號被衰減在-40db一下，符
合要求。
接下來將測試信號以二進制數據格式寫入Excitation_Signal_Bin.txt文件中，供給第四步仿真FPGA時testbench調用。
fid=fopen('Excitation_Signal_Bin.txt','w');
for i=1:length(Q_s)
B_s=dec2bin(Q_s(i)+(Q_s(i)<0)*2^N,N)
for j=1:N
if B_s(j)=='1'
tb=1;
else
tb=0;
end
fprintf(fid,'%d',tb);
end
fprintf(fid,'\r\n');
end
fprintf(fid,';');
fclose(fid);
（3）利用FPGA的FIR濾波器IP核設計濾波器。
這個Altera提供的FIR Compiler v13.0有些老了，現在有FIR Compiler II v13.0，也就是2.0版本的FIR的IP核。這裏還是用FIR Compiler v13.0吧，2.0版本日後再研究研究。
打開MegaWizard Plug-In Manager，選擇FIR Compiler v13.0，特別需要注意的是文件保存位置！只能保存在當前的工程目錄下，不能放在別的文件夾裏面！如果不放在工程目錄下，後一步的modeisim仿真就會出錯！
接下來就是參數設置，單擊上方的"Edit Coefficient"，跳出"Coefficient Generator Dialog"對話框，選擇下方的"Imported Coefficient Set"，導入之前設計的濾波器係數"Fir_Coefficient.txt"。
輸入輸出聲明如下，輸入一路，有符號二進制數，輸入位寬12bit，輸出選擇基於"實際的係數"，"全精度"。輸出位寬這裏計算出是25bit。
係數量化單位選擇12bit，濾波器結構選擇"分佈式算法，全並行結構"，流水級數選擇1，數據和濾波器係數的存儲都選擇"Logic Cells"。這裏 有什麼不懂的，就要多看用戶手冊，寫的比較清楚。
接下來選擇step 2,生成仿真文件，選擇"Verilog HDL"，還可以生成.m文件供MATLAB進行仿真分析，最後，Step3: Generate，這樣整個濾波器便設計完成了。
接下來編寫.v文件例化，即可。其輸入輸出信號參見IP核用戶手冊即可。這裏給出代碼參考：
module Fir_FPGA (
reset_n,clk,Xin,
Yout);
input reset_n; //復位信號，低電平有效
input clk; //FPGA系統時鐘/數據速率：2kHz
input signed [11:0] Xin; //數據輸入頻率爲2kHZ
output signed [24:0] Yout; //濾波後的輸出數據
wire ast_sink_valid,ast_source_ready,ast_source_valid;
wire [1:0] ast_source_error;
wire [1:0] ast_sink_error;
assign ast_sink_valid=1'b1;
assign ast_source_ready=1'b1;
assign ast_sink_error=2'd0;
fir u_fir(
.clk(clk),
.reset_n(reset_n),
.ast_sink_data(Xin),
.ast_sink_valid(ast_sink_valid),
.ast_source_ready(ast_source_ready),
.ast_sink_error(ast_sink_error),
.ast_source_data(Yout),
.ast_sink_ready(ast_sink_ready),
.ast_source_valid(ast_source_valid),
.ast_source_error(ast_source_error));
（4）編寫testbench，測試濾波器性能。
主要就是將第二步MATLAB生成的激勵信號輸入module，然後將輸出寫入文本文件，供下一步MATLAB進行分析。
這裏採用Quartus II 軟件的"processing->start->start Test Bench Template Writer"選項自動生成模塊測試文件（Fir_FPGA.vt），該目錄自動存儲在"工程目錄\simulation\modelsim"下，然後打開文件，編寫文件即可。主要是時鐘，復位信號，按照時鐘節拍輸入和輸出數據。這裏給出輸入和輸出：
//從外部TX文件(SinIn.txt)讀入數據作爲測試激勵
integer Pattern;
reg [11:0] stimulus[1:data_num];
initial
begin
//文件必須放置在"工程目錄\simulation\modelsim"路徑下
$readmemb("Excitation_Signal_Bin.txt",stimulus);
Pattern=0;
repeat(data_num)
begin
Pattern=Pattern+1;
Xin=stimulus[Pattern];
#clk_period;//採用並行結構,數據週期等於時鐘週期
end
end
//將仿真數據dout寫入外部TXT文件中(Response_Signal.txt)
integer file_out;
initial
begin
//文件放置在"工程目錄\simulation\modelsim"路徑下
file_out = $fopen("Response_Signal.txt");
if(!file_out)
begin
$display("could not open file!");
$finish;
end
end
wire rst_write;
wire signed [24:0] dout_s;
assign dout_s = Yout; //將dout轉換成有符號數據
assign rst_write = clk& (reset_n);//產生寫入時鐘信號，復位狀態時不寫入數據
always @(posedge rst_write )
$fdisplay(file_out,"%d",dout_s);
然後在quartus ii中設置"Assignment->Settings"選擇"EDA Tool Setting"，設
置如下：主要就是選擇modelsim。
再選擇下邊的"Simulation"，設置仿真工具名稱（Modelsin-Altera），下面的NativeLink setting，選中第二項"Compile test bench"，選擇上面編輯的Fir_FPGA.vt，設置好名稱之類的選項後，選擇quartus ii 中的"Tool->Run simulation tool->RT Simulation"，就可以啓動Modelsim進行仿真。仿真完成後，處理後數據自動保存在Response_Signal.txt中。
（5）Matlab分析硬件處理後保存在文本文件中的信號。
最後，用MATLAB分析Response_Signal.txt中的數據，主要就是輸入輸出的頻譜情況。分析結果如下：
可以看到，800hz處信號被衰減，達到預期效果。
四、總結
（1）Fir濾波器階數=抽頭數目減去1。
（2）firpm函數使用偶數階係數，偶對稱，總是在奈奎斯特頻率處不爲0。
（3）.m文件返回值，可以在函數中指出。例如
function hn=Fir_Coefficient_Design
代碼……
Fir_Coefficient=firpm(N-1,Cut_Off_Freq,Fir_Amplitude);
hn=Fir_Coefficient;
（4）也是困擾了我一晚上的，生成的IP核按照CB哥的教程放入自己新建的core文件夾下，啓動modelsim進行仿真時總是提示" Library auk_dspip_lib not found"，提示找不到這個庫。
後來google了一下，在這個網址下
"http://www.alteraforum.com/forum/showthread.php?t=29063"。一哥們給出解答："Move your generated megafunction files back to the main project folder"，需要把生成的FIR IP核全部文件放在工程目錄下，好像這個Bug不影響其他的IP核，呵呵，日後用到其他IP核再說。
轉自：http://blog.chinaaet.com/teenagerold/p/5100051606