基于DC结构的基2的64点FFT处理器的设计.doc
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1、基于DC结构的基-2的64点FFT处理器的设计(于春云 200810123021)摘要: 针对当前数字信号处理领域对快速傅里叶变换应用的广泛需求, 在对算法原理分析的基础上, 给出了64 点基2按时间抽选FFT处理器的实现方案; 并综合Xilinx x c3s1500系列芯片, 通过Mode lsim SE 6. 0对程序进行仿真。实验结果表明, 该处理器功能实现正确, 并且具有较高的运算速度和精度。关键词:快速傅里叶变换; 基2;蝶形运算0 引言DFT作为DSP领域中时域和频域转换的基本运算,存在运算量太大的缺点,导致其应用受到局限。 DFT快速算法FFT的提出,简化了DFT的运算过程,使其
2、在实时信号处理领域中得到广泛应用。FFT实现的方法包括软件实现和硬件实现两种。采用软件实现FFT的方法存在计算慢,实现过程复杂等缺点,所以目前比较流行的方式是采用硬件实现FFT。硬件实现的具体方法可以分为ASIC方法、FPGA方法、 DSP方法和通用处理机方法等。FPGA是20世纪80年代中期出现的一种新的电子设计自动化技术,具有集成度高,逻辑实现能力强,设计灵活等优势。在FPGA上实现数字信号处理,即用纯数字逻辑进行DSP模块设计,为高速数字信号处理算法提供了实现途径。在此,采用FPGA方法设计64点FFT处理器。1 FFT算法基本原理设x( n)为N 点有限长序列, 其DFT为: (1)其
3、中。先设序列点数为N = 2L, L 为整数, 如不满足此条件可以加上若干零值点使之达到这一要求。将N = 2L 的序列x ( n) ( n= 0, 1, , N-1)先按n的奇偶分成两组,再利用系数的可约性和周期性,可以得到:(2)64点FFT运算的数据流图2 FFT运算器设计2.1 系统的整体结构对于一个完整的FFT运算单元而言,应该包括以下几个组成部分:全局控制单元:包括控制器和地址产生单元,用于调控整个FFT运算系统,生成蝶形运算单元以及其他子单元所需的地址,控制各子单元时序,保证其正常有序地工作;蝶形运算器单元:由蝶形运算器和旋转因子存储单元(ROM)组成,负责将送入的输入数据进行蝶
4、形运算,是FFT运算器的核心单元;存储寄存器单元:采用两个RAM乒乓通信,通过通信接口单元接受总线控制信号,负责存储输入数据、中间数据和运算所得最终结果。系统整体框图如图1所示2.2 各功能单元介绍(1)控制单元控制单元由控制器和地址总线组成。地址产生单元提供各个功能单元所需要的地址,保证数掘存储、读写的顺利进行。本文采用三位二进制编码来定义每个子单元的地址并将所得的地址汇总,生成地址图表。由于每个单元模块的地址是唯一的,这就确保了在同一时刻,同一存储单元只能对数据进行单向通信,避免了数据间的相互r扰,提高了精度。在时钟信号的控制下,控制器发出控制信号,控制整个FFT运算单元FFT运算。此外,
5、系统中还添加一个复位信号。在此信号的激励一F,FFT运算单元复位,并在下时钟信号来临的时候,重新记录输入数据,开始新的64点FFT运算。(2)蝶形运算单元蝶形运算单元是实现FFT算法最为重要的部分。蝶形运算主要有两种实现方式:传统的蝶形运算通常以输入倒位序,输出自然顺序,输出数据采用同址运算的方式进行存储,以节省存储单元空间,但是由于这种方式每级蝶形运算的计算单元都是变换位序的,从具体操作上难以实现,不便于扩展;另一种运算是采用输入自然顺序,输出倒位序的方式,这种方式的每级运算的计算单元都是固定的,实现上比较容易,只要对不同级的蝶形运算输入不同的旋转因子,即改变相对应的旋转因子ROM地址,就可
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