1.2 基4算法基本原理
举报
如图1所示，该IP主要包括RAM、ROM、地址产生模块、移位模块、选择数据排序模块、可配置蝶形运算单元、精度调整模块和输出数据排序模块，Din_R和Din_I是FFT输入数据的实部和虚部，Dout_R和Dout_I是FFT变换结果的实部和虚部。RAM1和RAM2存储了FFT迭代过程中的输入数据，RAM3和RAM4存储了FFT迭代过程中的计算结果，RAM1和RAM2、RAM3和RAM4均为乒乓结构。地址产生模块主要产生向RAM写入数据和从RAM读出数据的地址。ROM中存储了FFT需要的旋转因子。
如图2所示，外部输入数据的实数部分Din_R、虚数部分Din_I，以及输入数据的地址信号ADR，首先进入RAM_ADDR单元，选择合适的时钟周期将不同点数的原始数据送入RAM单元，当输入数据的实数和虚数以及其地址准备好的时候，RDY输出1。BIT_SFT单元完成输入数据地址的移位变换，实现奇偶分离。当数据地址准备好时，RDY输出1，当RAM_ADDR或BIT_SFT这两个单元中的一个单元准备好时，便可触发RAM单元，将外部数据写入到RAM的指定地址。RAM中的数据符合可配置点数要求后，进入NUM_IN单元，其中输出的数据DOR/DOI就是符合基2蝶形或基4蝶形运算的数据顺序。这些原始数据进入蝶形运算单元BUTTERFLY，蝶形单元通过U_SELECT单元选择蝶形运算的分解基，实现基2蝶形运算、基4蝶形运算的可配置功能。其中R4_FFT是基4蝶形运算单元，B2_FFT是基2蝶形运算单元，蝶形运算过程中所需的旋转因子存储在ROM_RAT单元中，根据选择不同分解基的蝶形运算，BUTIERFLY单元产生相应的地址，选择其计算过程中的旋转因子。当蝶形运算完成后，结果数据进入U_CNORM单元，进行顺序调整和精度处理;其中PR信号是用户指定的精度信号，PR[1：0]可提供3种精度，OVF信号是数据溢出信号，若置1表明FFT结果数据超出了表示范围，则要按照截位处理以保证数据准确。当数据输入完成后，结果数据进入NUM_OUT单元，由于DIT算法输出结果以倒序形式输出，所有需要NUM_OUT进行地址调整，FFT变换结束后的结果实数部分Dout_R，虚数部分是Dout_I，地址信号是R_ADDR，以正确的顺序和形式输出。
如图3所示，数据输入时能信号EN信号置1，则整个蝶形运算单元的数据输入模块NUM_IN、旋转因子模块ROM_RAT、分解基选择模块U_SELECT进入使能状态;START信号置1，则分解基选择单元U_SELECT模块开始进入状态机。根据用户设置，如果选择基2算法蝶形运算单元，则将输入数据的实部和虚部送入R2_FFT模块;如果选择基4算法蝶形运算单元，则将输入数据的实部和虚部送入R4_FFT模块;如果选择混合基，则需要在状态机中加入判断条件，准确控制分支。当蝶形运算完成时，FFT运算结果数据的实数部分Dout_R[nb+2：0]，虚数部分Dout_I[nb+2：0]比输入数据的位数[nb：0]扩展了3位，用于精度调整模块进行精度控制。
举报
图6是4 096点的基2算法仿真结果，在这种算法下完成数据录入的时间点533.1μs，完成结果输出的时间点是574.1μs，运算时间为40 μs。图7是4096点的基4算法仿真结果，在该种算法下完成数据录入的时间点为245.7 μs，完成结果输出的时间点是286.9μs，运算时间为41.2μs。
板级验证选用Xilinx公司的Virtex-5 xc5vfx70t器件进行综合、布局布线和时序分析。将得到的数据与其他设计实现进行比较，其消耗的资源，以及在200 MHz时钟情况下不同点数的FFT处理器进行一次处理需要的时间，与文献换算后得到的数值对比如表1所示。
举报
举报
更多回帖
