DFT(Discrete Fourier Transformation)是數(shù)字信號(hào)分析與處理如圖形、語(yǔ)音及圖像等領(lǐng)域的重要變換工具,直接計(jì)算DFT的計(jì)算量與變換區(qū)間長(zhǎng)度N的平方成正比.當(dāng)N較大時(shí),因計(jì)算量太大,直接用DFT算法進(jìn)行譜分析和喜好的實(shí)時(shí)處理是不切實(shí)際的.快速傅里葉變換(Fast Fourier Transformation,簡(jiǎn)稱(chēng)FFT)使DFT運(yùn)算效率提高1~2個(gè)數(shù)量級(jí).本文的目的就是研究如何應(yīng)用FPGA這種大規(guī)模可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)FFT的算法.本設(shè)計(jì)主要采用先進(jìn)的基-4DIT算法研制一個(gè)具有實(shí)用價(jià)值的FFT實(shí)時(shí)硬件處理器.在FFT實(shí)時(shí)硬件處理器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,利用遞歸結(jié)構(gòu)以及成組浮點(diǎn)制運(yùn)算方式,解決了蝶形計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)操作協(xié)調(diào)一致問(wèn)題.合理地解決了位增長(zhǎng)問(wèn)題.同時(shí),采用并行高密度乘法器和流水線(pipeline)工作方式,并將雙端口RAM、只讀ROM全部?jī)?nèi)置在FPGA芯片內(nèi)部,使整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和處理速度得以很大提高,實(shí)際合理地解決了資源和速度之間相互制約的問(wèn)題.本設(shè)計(jì)采用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì),由于在設(shè)計(jì)中采用Xilinx公司提供的稱(chēng)為Core的IP功能塊極大地提高了設(shè)計(jì)效率.
標(biāo)簽：
FPGA
FFT
數(shù)字處理器
硬件實(shí)現(xiàn)
上傳時(shí)間：
2013-06-20
上傳用戶(hù)：小碼農(nóng)lz
現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)是作為專(zhuān)用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的,它結(jié)合了微電子技術(shù)、電路技術(shù)和EDA(Electronics Design Automation)技術(shù)。隨著它的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展,使設(shè)計(jì)電路的規(guī)模和集成度不斷提高,同時(shí)也帶來(lái)了電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思想的不斷推陳出新。 隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字信號(hào)處理的理論和技術(shù)廣泛的應(yīng)用于通訊、語(yǔ)音處理、計(jì)算機(jī)和多媒體等領(lǐng)域。離散傅立葉變換(DFT)作為數(shù)字信號(hào)處理中的基本運(yùn)算,發(fā)揮著重要作用。而快速傅里葉變換(FFT)算法的提出,使離散傅里葉變換的運(yùn)算量減小了幾個(gè)數(shù)量級(jí),使得數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)變得更加容易。FFT已經(jīng)成為現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理的核心技術(shù)之一,因此對(duì)FFT算法及其實(shí)現(xiàn)方法的研究具有很強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本文主要研究如何利用FPGA實(shí)現(xiàn)FFT算法,研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FFT信號(hào)處理器。該設(shè)計(jì)采用高效基-16算法實(shí)現(xiàn)了一種4096點(diǎn)FFT復(fù)數(shù)浮點(diǎn)運(yùn)算處理器,其蝶形處理單元的基-16運(yùn)算核采用兩級(jí)改進(jìn)的基-4算法級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn),僅用8個(gè)實(shí)數(shù)乘法器就可實(shí)現(xiàn)基-16蝶形單元所需的8次復(fù)數(shù)乘法運(yùn)算,在保持處理速度的優(yōu)勢(shì)下,比傳統(tǒng)的基-16算法節(jié)省了75％的乘法器邏輯資源。 在重點(diǎn)研究處理器蝶形單元設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,本文完成了整個(gè)FFT處理器電路的FPGA設(shè)計(jì)。首先基于對(duì)處理器功能和特點(diǎn)的分析,研究了FFT算法的選取和優(yōu)化,并完成了處理器體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；在此基礎(chǔ)上,以提高處理器處理速度和減小硬件資源消耗為重點(diǎn)研究了具體的實(shí)現(xiàn)方案,完成了1.2萬(wàn)行RTL代碼編程,并在XILINX公司提供的ISE 9.1i集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了處理器各個(gè)模塊的RTL設(shè)計(jì)：隨后,以XILINX Spartan-3系列FPGA芯片xc3S1000為硬件平臺(tái),完成了整個(gè)FFT處理器的電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證,本文所設(shè)計(jì)的FFT處理器芯片運(yùn)行速度達(dá)到了100MHz,占用的FPGA門(mén)數(shù)為552806,電路的信噪比可以達(dá)到50dB以上,達(dá)到了高速高性能的設(shè)計(jì)要求。
標(biāo)簽：
FPGA
FFT
信號(hào)處理器
上傳時(shí)間：
2013-04-24
上傳用戶(hù)：科學(xué)怪人
