In this work, we optimally solve the problem of multiplierless design of second-order Infinite Impulse Response filters with minimum number of adders. Given a frequency specification, we design a stable direct form filter with hardware-aware fixed-point coefficients that yielding minimal number of adders when replacing all the multiplications by bit shifts and additions. The coefficient design, quantization and implementation, typically conducted independently, are now gathered into one global optimization problem, modeled through integer linear programming and efficiently solved using generic solvers. We guarantee the frequency-domain specifications and stability, which together with optimal number of adders will significantly simplify design-space exploration for filter designers. The optimal filters are implemented within the FloPoCo IP core generator and synthesized for Field Programmable Gate Arrays. With respect to state-of-the-art three-step filter design methods, our one-step design approach achieves, on average, 42% reduction in the number of lookup tables and 21% improvement in delay.


翻译:在这项工作中,我们以最小的添加器数量最优化地解决了二级无倍化无倍化的Infinite Impule 反应过滤器问题。根据频率规格,我们设计了一个稳定的直接形式过滤器,带有硬件认知固定点系数,在以位移和添加取代所有乘数时产生最小数量的添加器。典型地独立进行的系数设计、量化和实施现已汇集为一个全球优化问题,通过整数线性编程模式,并使用通用解答器有效解决。我们保证频域规格和稳定性,加上最佳的添加器数量,将大大简化过滤设计师的设计空间探索。最佳过滤器是在FlopocoCo IP核心生成器内安装的,并为外地可编程门阵列合成。关于最先进的三步过滤器设计方法,我们的单步设计方法平均使查找表数量减少42%,延迟改进21%。

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