基于FPGA的Kalman濾波器實(shí)現(xiàn)研究

和Pk+1／k，然后進(jìn)入S2狀態(tài)，計(jì)算Kk+1，最后計(jì)算解算結(jié)果和Pk+1／k+1。計(jì)算Kk+1時(shí)，也需要將其分步實(shí)現(xiàn)。若將各步的解算歸于同一個(gè)狀態(tài)機(jī)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(jī)的穩(wěn)定性和安全性，使用交互狀態(tài)機(jī)，如圖2所示。

圖2中，狀態(tài)機(jī)的交互過(guò)程中，沒(méi)置標(biāo)志信號(hào)enble和finish分別用于啟動(dòng)和終止計(jì)算K值的狀態(tài)，初始化時(shí)其值均為0。當(dāng)計(jì)算完第一步進(jìn)入S2時(shí)，enble置為1，啟動(dòng)計(jì)算K值的狀態(tài)；當(dāng)K值計(jì)算完成時(shí)，finish置為1，進(jìn)入S3，enble和finish置為初值0，為下次狀態(tài)交互做準(zhǔn)備。進(jìn)入原狀態(tài)機(jī)繼續(xù)進(jìn)行下面的計(jì)算。
書(shū)寫(xiě)狀態(tài)機(jī)時(shí)，采用三段式寫(xiě)法，一個(gè)模塊采用同步時(shí)序描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移，另一個(gè)模塊采用組合邏輯判斷轉(zhuǎn)移條件并進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)移，第三個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)同步輸出。三段式描述方法的狀態(tài)機(jī)，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(shí)序路徑分組，綜合與布局布線效果更佳。
2．3 資源分時(shí)復(fù)用
FPGA設(shè)計(jì)中，資源與速度是個(gè)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(wèn)題。由于Kalman濾波可以分3步進(jìn)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(duì)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(jì)中用到大量的乘法器、加法器以及CLB等資源，計(jì)算第一步時(shí)用到的資源會(huì)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(shí)復(fù)用為例，其輸入端口在不同的時(shí)刻可以有不同的賦值，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)句如下：