基于FPGA的Kalman濾波器實現(xiàn)研究
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2 在FPGA中實現(xiàn)Kalman濾波算法研究
由于FPGA實現(xiàn)Kalman濾波解算速度非?？?，若利用FPGA的串行口依次輸入觀測值，由于數(shù)據(jù)串行輸入的特點，會使FPGA的解算部分等待數(shù)據(jù)接收完畢才能執(zhí)行濾波解算，導致整體的解算時間過長。為檢驗FPGA實現(xiàn)Kalman濾波器的計算性能，本文預(yù)先將觀測值輸入并保存于FPGA內(nèi)的ROM中，以使FPGA可以連續(xù)地進行濾波解算，實現(xiàn)方案原理如圖1所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/190479.htm
和Pk+1／k，然后進入S2狀態(tài)，計算Kk+1，最后計算解算結(jié)果
和Pk+1／k+1。計算Kk+1時，也需要將其分步實現(xiàn)。若將各步的解算歸于同一個狀態(tài)機內(nèi)，則顯得邏輯復(fù)雜。為使得各步的邏輯更加清晰，并且增加狀態(tài)機的穩(wěn)定性和安全性，使用交互狀態(tài)機，如圖2所示。
圖2中，狀態(tài)機的交互過程中，沒置標志信號enble和finish分別用于啟動和終止計算K值的狀態(tài)，初始化時其值均為0。當計算完第一步進入S2時，enble置為1，啟動計算K值的狀態(tài)；當K值計算完成時，finish置為1，進入S3，enble和finish置為初值0，為下次狀態(tài)交互做準備。進入原狀態(tài)機繼續(xù)進行下面的計算。
書寫狀態(tài)機時，采用三段式寫法，一個模塊采用同步時序描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移，另一個模塊采用組合邏輯判斷轉(zhuǎn)移條件并進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移，第三個模塊實現(xiàn)同步輸出。三段式描述方法的狀態(tài)機，做到了同步寄存器輸出，消除了組合邏輯輸出的不穩(wěn)定和毛刺現(xiàn)象，而且更利于時序路徑分組，綜合與布局布線效果更佳。
2．3 資源分時復(fù)用
FPGA設(shè)計中，資源與速度是個矛盾體。FPGA中的資源是有限的，所以必須考慮資源的節(jié)省問題。由于Kalman濾波可以分3步進行，所以每一步可以利用其它步中相同的資源。此種方法可以在不降低總體速度的情況下，減少資源利用量；而對于階次較高的Kalman濾波，此方法可以最大限度的增加并行性，提高速度。該設(shè)計中用到大量的乘法器、加法器以及CLB等資源，計算第一步時用到的資源會在第二步和第三步中用到，即同一資源被用到3次。以其中用到的某乘法器的分時復(fù)用為例，其輸入端口在不同的時刻可以有不同的賦值，實現(xiàn)語句如下：
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