基于FPGA的Kalman滤波器实现研究

和Pk+1／k，然后进入S2状态，计算Kk+1，最后计算解算结果和Pk+1／k+1。计算Kk+1时，也需要将其分步实现。若将各步的解算归于同一个状态机内，则显得逻辑复杂。为使得各步的逻辑更加清晰，并且增加状态机的稳定性和安全性，使用交互状态机，如图2所示。

图2中，状态机的交互过程中，没置标志信号enble和finish分别用于启动和终止计算K值的状态，初始化时其值均为0。当计算完第一步进入S2时，enble置为1，启动计算K值的状态；当K值计算完成时，finish置为1，进入S3，enble和finish置为初值0，为下次状态交互做准备。进入原状态机继续进行下面的计算。
书写状态机时，采用三段式写法，一个模块采用同步时序描述状态转移，另一个模块采用组合逻辑判断转移条件并进行状态转移，第三个模块实现同步输出。三段式描述方法的状态机，做到了同步寄存器输出，消除了组合逻辑输出的不稳定和毛刺现象，而且更利于时序路径分组，综合与布局布线效果更佳。
2．3 资源分时复用
FPGA设计中，资源与速度是个矛盾体。FPGA中的资源是有限的，所以必须考虑资源的节省问题。由于Kalman滤波可以分3步进行，所以每一步可以利用其它步中相同的资源。此种方法可以在不降低总体速度的情况下，减少资源利用量；而对于阶次较高的Kalman滤波，此方法可以最大限度的增加并行性，提高速度。该设计中用到大量的乘法器、加法器以及CLB等资源，计算第一步时用到的资源会在第二步和第三步中用到，即同一资源被用到3次。以其中用到的某乘法器的分时复用为例，其输入端口在不同的时刻可以有不同的赋值，实现语句如下：